JP2015204534A - A/d conversion circuit and solid state image sensor - Google Patents
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Abstract
【課題】位相情報を取得して分解能を向上させると共にA/D変換精度の低下を抑えるA/D変換回路および固体撮像装置を提供する。【解決手段】ランプ波を生成するランプ信号生成部と、位相を変化させた複数の位相クロックを出力する位相信号生成部と、入力された変換対象の信号の電圧とランプ波の電圧とを比較して、第1の基準電圧から、第1の中間電圧および第2の中間電圧を順に経て、第2の基準電圧まで変化する比較結果信号を出力する比較部と、第1の中間電圧以上で第1のタイミング信号の論理状態を切り替える第1の論理回路と、第2の中間電圧以上で第2のタイミング信号の論理を切り替える第2の論理回路とを具備した信号生成部と、タイミング信号の論理が切り替わったタイミングに応じて位相クロックの位相情報を出力するラッチ部と、位相情報に基づいて変換対象の信号の電圧の大きさに応じたデジタル値を生成するエンコード部とを備える。【選択図】図2An A / D conversion circuit and a solid-state imaging device that improve the resolution by acquiring phase information and suppress the decrease in A / D conversion accuracy are provided. A ramp signal generation unit that generates a ramp wave, a phase signal generation unit that outputs a plurality of phase clocks whose phases are changed, and a voltage of a signal to be converted and a voltage of the ramp wave are compared. A comparator that outputs a comparison result signal that sequentially changes from the first reference voltage to the second reference voltage through the first intermediate voltage and the second intermediate voltage; A signal generator comprising: a first logic circuit that switches a logic state of the first timing signal; and a second logic circuit that switches a logic of the second timing signal at a second intermediate voltage or higher; A latch unit that outputs phase information of the phase clock according to the timing at which the logic is switched, and an encoding unit that generates a digital value according to the magnitude of the voltage of the signal to be converted based on the phase information.[Selection] Figure 2
Description
本発明は、A/D変換回路、および固体撮像装置に関する。 The present invention relates to an A / D conversion circuit and a solid-state imaging device.
近年、固体撮像装置としてCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor:相補型金属酸化膜半導体)固体撮像装置が注目され、実用化されている。このCMOS固体撮像装置は、CCD(Charge Coupled Device:電荷結合素子)固体撮像装置が専用の製造プロセスによって製造されるのに対し、一般的な半導体の製造プロセスを用いて製造することが可能である。このことから、CMOS固体撮像装置は、例えば、SOC(System On Chip)のように、センサ内に種々の機能回路を組み込むことによって、多機能化を実現することが可能となっている。 In recent years, CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) solid-state imaging devices have attracted attention and have been put to practical use as solid-state imaging devices. This CMOS solid-state imaging device can be manufactured using a general semiconductor manufacturing process, whereas a CCD (Charge Coupled Device) solid-state imaging device is manufactured by a dedicated manufacturing process. . For this reason, the CMOS solid-state imaging device can be made multifunctional by incorporating various functional circuits in the sensor, such as SOC (System On Chip).
そして、近年では、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラや内視鏡などに搭載する固体撮像装置として、行列状に配置された画素アレイ部の1列(カラム)毎に、アナログデジタル変換器(以下、「A/D変換回路」という)を内蔵した固体撮像装置、いわゆる、カラムADC型固体撮像装置が開発され、製品化されている。このような固体撮像装置に内蔵されるA/D変換回路のA/D変換方式の一つとして、シングルスロープ(SS:Single Slope)型A/D変換方式が知られている。 In recent years, as a solid-state imaging device mounted on a digital camera, a digital video camera, an endoscope, or the like, an analog-to-digital converter (hereinafter referred to as “hereinafter” “column”) is provided for each column of a pixel array unit arranged in a matrix. A solid-state imaging device incorporating an A / D conversion circuit ”, that is, a so-called column ADC type solid-state imaging device has been developed and commercialized. A single slope (SS) single A / D conversion method is known as one of the A / D conversion methods of an A / D conversion circuit built in such a solid-state imaging device.
このSS型A/D変換方式では、ランプ波と呼ばれる階段状に変化する参照電圧と、A/D変換の対象となる信号電圧とを比較し、比較を開始したとき、すなわち、A/D変換を開始したタイミングから、参照電圧と信号電圧とが同じ電圧になったときまでの期間を表すタイムインターバル(信号電圧に応じた時間軸の大きさのパルス幅をもつパルス信号)を生成する。そして、このタイムインターバルを、予め定めた周波数の基準クロックで計数することによって、信号電圧の大きさに応じたカウント値を、A/D変換したデジタル値とする、すなわち、信号電圧をA/D変換する。 In this SS type A / D conversion method, a reference voltage called a ramp wave that changes in a stepwise manner is compared with a signal voltage to be subjected to A / D conversion, and comparison is started, that is, A / D conversion. A time interval (a pulse signal having a pulse width with a time axis size corresponding to the signal voltage) is generated that represents a period from when the reference is started until the reference voltage and the signal voltage become the same voltage. Then, by counting this time interval with a reference clock having a predetermined frequency, the count value corresponding to the magnitude of the signal voltage is converted to an A / D converted digital value, that is, the signal voltage is converted to A / D. Convert.
従って、SS型A/D変換方式では、A/D変換を行う際の分解能が、タイムインターバルを計数する基準クロックの周波数に依存する。このため、SS型A/D変換方式のA/D変換回路の分解能を高くする場合には、基準クロックの周波数を高くすることが必要となり、SS型A/D変換方式のA/D変換回路の消費電力が増大してしまうという問題がある。 Therefore, in the SS type A / D conversion method, the resolution when performing A / D conversion depends on the frequency of the reference clock for counting the time interval. Therefore, in order to increase the resolution of the SS type A / D conversion type A / D conversion circuit, it is necessary to increase the frequency of the reference clock, and the SS type A / D conversion type A / D conversion circuit. There is a problem that power consumption increases.
このため、近年、このSS型A/D変換方式の基準クロックに位相情報を取得することによって、A/D変換の分解能の向上を実現するSS+時間変換(TDC:Time to Digital Converter)型A/D変換方式が提案されている(非特許文献1参照)。このSS+TDC型A/D変換方式では、基準クロックおよび基準クロックの位相を変化させた複数のクロックを用いて、タイムインターバルが終了する瞬間のタイミングにおけるそれぞれのクロックの位相を計測することによって、A/D変換の分解能の向上を実現する。 Therefore, in recent years, SS + time conversion (TDC: Time to Digital Converter) type A / D that realizes improvement in resolution of A / D conversion by acquiring phase information in the reference clock of this SS type A / D conversion method. A D conversion method has been proposed (see Non-Patent Document 1). In this SS + TDC type A / D conversion method, by using the reference clock and a plurality of clocks in which the phase of the reference clock is changed, the phases of the respective clocks at the timing of the instant at which the time interval ends are measured. Improves the resolution of D conversion.
このSS+TDC型A/D変換方式を用いると、位相情報の数に応じて分解能を向上させることができる。例えば、位相情報が2個あれば分解能を1ビット増加させ、位相情報が4個あれば分解能を2ビット増加させ、・・・、位相情報が16個あれば分解能を4ビット増加させることができる。このように、SS+TDC型A/D変換方式では、位相情報の数を多くすることによって、分解能、すなわち、A/D変換して出力するデジタル値のビット数を多くすることができる。 If this SS + TDC type A / D conversion method is used, the resolution can be improved according to the number of phase information. For example, if there are two pieces of phase information, the resolution can be increased by 1 bit, if there are four pieces of phase information, the resolution can be increased by two bits,..., If there are 16 pieces of phase information, the resolution can be increased by four bits. . Thus, in the SS + TDC type A / D conversion method, the resolution, that is, the number of bits of the digital value to be output after A / D conversion can be increased by increasing the number of phase information.
しかしながら、SS+TDC型A/D変換方式では、上述したように、増加するビット数と必要な位相情報の数との関係が直線的な関係ではなく、増加するビット数に対して必要な位相情報の数が指数的に多くなる。つまり、位相情報を多くしていったとしても、増加した位相情報の数が分解能の向上に直線的に寄与しない。このため、SS+TDC型A/D変換方式では、必要な分解能(ビット数)を確保するために、基準クロックに指数的に多くの位相情報を持たせる必要があり、基準クロックの位相を変化させた(位相情報を重畳した)より多くのクロックが必要になる。そして、SS+TDC型A/D変換方式を用いたA/D変換回路では、それぞれのクロックの位相情報を保持するために、多くのラッチ回路を備えることが必要になる。 However, in the SS + TDC type A / D conversion method, as described above, the relationship between the increasing number of bits and the number of necessary phase information is not a linear relationship, and the necessary number of phase information for the increasing number of bits is not. The number increases exponentially. That is, even if the phase information is increased, the increased number of phase information does not contribute linearly to the improvement in resolution. For this reason, in the SS + TDC type A / D conversion method, in order to ensure the necessary resolution (number of bits), it is necessary to provide the reference clock with a large amount of phase information, and the phase of the reference clock is changed. More clocks (with superimposed phase information) are required. In the A / D conversion circuit using the SS + TDC type A / D conversion system, it is necessary to provide a lot of latch circuits in order to hold the phase information of each clock.
このようなSS+TDC型A/D変換方式のA/D変換回路をカラム毎に内蔵したカラムADC型固体撮像装置では、上述した多くのラッチ回路を、カラム毎に備えることになる。そして、このカラムADC型固体撮像装置では、それぞれのクロックの位相情報を保持するラッチ回路のそれぞれが、タイムインターバルの期間、すなわち、A/D変換する期間動作し続けることになる。このため、カラムADC型固体撮像装置の消費電力が増大してしまうという問題がある。特に、基準クロックの周波数が高く、かつ、基準クロックの位相を変化させたクロックの数が多い場合、つまり、位相情報が多い場合には、カラムADC型固体撮像装置の消費電力はさらに増大してしまう。 In the column ADC type solid-state imaging device in which such an SS + TDC type A / D conversion type A / D conversion circuit is incorporated for each column, the above-described many latch circuits are provided for each column. In this column ADC type solid-state imaging device, each latch circuit that holds the phase information of each clock continues to operate during the time interval, that is, during A / D conversion. For this reason, there exists a problem that the power consumption of a column ADC type solid-state imaging device will increase. In particular, when the frequency of the reference clock is high and the number of clocks in which the phase of the reference clock is changed is large, that is, when there is a lot of phase information, the power consumption of the column ADC type solid-state imaging device further increases. End up.
このため、非特許文献1には、SS+TDC型A/D変換方式のA/D変換回路に備えたそれぞれのラッチ回路を間欠動作させることによって、消費電力の増大を抑える方法が提案されている。より具体的には、A/D変換を開始したタイミングから、参照電圧と信号電圧とが同じ電圧になったタイミングまで、すなわち、タイムインターバルの期間は、それぞれのラッチ回路の動作を停止しておき、タイムインターバルの終了のタイミングから、それぞれのラッチ回路が対応するクロックの位相情報を保持するまでの予め定めた期間だけラッチ回路を動作させる。これにより、A/D変換を行う大部分の期間中は、それぞれのラッチ回路が動作を停止していることになり、SS+TDC型A/D変換方式のA/D変換回路の消費電力を低減することができる。
For this reason, Non-Patent
ここで、非特許文献1では、ラッチ回路を動作させる予め定めた期間を、複数の論理否定回路(INV回路)を直列に連結したディレイラインを用いて、タイムインターバルの信号を遅延させる、つまり、タイムインターバルが終了する瞬間のタイミングを、タイムインターバルの信号をディレイラインで遅延させることによって定めている。
Here, in
しかしながら、上述したように、カラムADC型固体撮像装置には、SS+TDC型A/D変換方式のA/D変換回路をそれぞれの列(カラム)に備えている。このため、例えば、ある行の画素から出力された画素信号を列毎にA/D変換する際に、それぞれの列のSS+TDC型A/D変換方式のA/D変換回路に、対応する画素から似たレベルの信号電圧が画素信号として入力された場合には、同様のタイミングで一斉にタイムインターバルが終了することになる。つまり、一斉に、タイムインターバルが終了する瞬間のタイミングが訪れることになる。この場合、それぞれのSS+TDC型A/D変換方式のA/D変換回路に備えたディレイラインが一斉に動作を開始することになり、電源電圧の揺れが発生してしまうことが考えられる。すると、電源電圧の揺れに伴って、それぞれのディレイライン毎に遅延時間がずれてしまい、すなわち、それぞれのSS+TDC型A/D変換方式のA/D変換回路に備えたそれぞれのラッチ回路が対応するクロックの位相情報を保持するタイミングが、SS+TDC型A/D変換方式のA/D変換回路毎に異なってしまうことになる。 However, as described above, the column ADC type solid-state imaging device includes an SS + TDC type A / D conversion type A / D conversion circuit in each column. Therefore, for example, when the A / D conversion is performed for each column of pixel signals output from pixels in a certain row, the SS + TDC type A / D conversion system A / D conversion circuit of each column is supplied with a corresponding pixel. When signal voltages having similar levels are input as pixel signals, the time interval ends at the same time. In other words, the timing of the moment when the time interval ends comes all at once. In this case, it is conceivable that the delay lines provided in the A / D conversion circuits of the respective SS + TDC type A / D conversion systems start to operate at the same time, and the power supply voltage fluctuates. Then, as the power supply voltage fluctuates, the delay time shifts for each delay line, that is, each latch circuit provided in each SS + TDC type A / D conversion type A / D conversion circuit corresponds. The timing for retaining the phase information of the clock differs for each A / D conversion circuit of the SS + TDC type A / D conversion method.
ここで、カラムADC型固体撮像装置において、画素アレイ部の一方の端に電源回路が配置されていた場合を考えると、それぞれの列(カラム)の回路に供給される電源電圧は、画素アレイ部の端の列から中央の列に近づくほど、つまり、電源から遠い列に配置された回路ほど、その前の列の回路で消費される電流や、そこまでの配線抵抗によって電圧降下が発生し、供給される電源電圧が低下してしまうことも考えられる。また、同様の理由によって、グラウンド電圧は、画素アレイ部の端の列から中央の列に近づくほど、つまり、グラウンドから遠い列に配置された回路ほど、グラウンド電圧が上昇してしまうことも考えられる。例えば、画素アレイ部の電源回路に近い端の列に対応した回路には、電源電圧VDD=1.5[V]、グラウンド電圧GND=0[V]が供給される場合であっても、画素アレイ部の中央の列に対応した回路には、電源電圧VDD=1.2[V]、グラウンド電圧GND=0.3[V]程度となってしまうことも考えられる。この電源電圧の低下やグラウンド電圧の上昇は、タイムインターバルが同様のタイミングで発生する、すなわち、位相情報を保持する瞬間のタイミングが同様のタイミングで訪れるSS+TDC型A/D変換方式のA/D変換回路が多いほど発生する可能性が高く、A/D変換の分解能を向上させても、結果としてA/D変換精度が低下してしまうことになる。 Here, in the column ADC type solid-state imaging device, when a power supply circuit is arranged at one end of the pixel array unit, the power supply voltage supplied to each column (column) circuit is the pixel array unit. The closer to the center column from the end row of the line, that is, the more the circuit arranged in the row farther from the power source, the more voltage drop occurs due to the current consumed by the circuit in the previous row and the wiring resistance to it, It is also conceivable that the supplied power supply voltage is lowered. For the same reason, the ground voltage may increase as it approaches the center column from the column at the end of the pixel array section, that is, as the circuit is arranged in a column far from the ground. . For example, even if the power supply voltage VDD = 1.5 [V] and the ground voltage GND = 0 [V] are supplied to the circuit corresponding to the end column close to the power supply circuit of the pixel array portion, the pixel It is also conceivable that the circuit corresponding to the center column of the array section has a power supply voltage VDD = 1.2 [V] and a ground voltage GND = 0.3 [V]. This decrease in power supply voltage and increase in ground voltage occur at the same time interval, that is, the A / D conversion of the SS + TDC type A / D conversion method in which the timing at which the phase information is held comes at the same timing. The more circuits there are, the higher the possibility that they will occur. Even if the resolution of A / D conversion is improved, the A / D conversion accuracy will decrease as a result.
例えば、カラムADC型固体撮像装置によって均一の画像を撮影するなど、それぞれの画素がほぼ一定のレベルの信号電圧を画素信号として出力する場合を考える。この場合、全てのSS+TDC型A/D変換方式のA/D変換回路に、同じレベルの信号電圧が入力されるため、全てのSS+TDC型A/D変換方式のA/D変換回路に備えたディレイラインとラッチ回路とのそれぞれが、ほぼ同時に動作を開始することになる。これにより、画素アレイ部の中央の列付近では、電源電圧とグラウンド電圧とにバウンス(電源電圧とグラウンド電圧とを中心とした過渡的な電圧のリンギング)が発生してしまう。すると、ディレイラインは、複数のINV回路を直列に連結した構成であることから、電源電圧およびグラウンド電圧のバウンス(バウンスの大きさ)の変化に応じて、それぞれのINV回路の遅延時間の変化が累積して、全体の遅延時間が大きくずれてしまう。これにより、それぞれのラッチ回路は、対応するクロックの位相情報を正確な(同じ)タイミングで保持することができなくなってしまい、A/D変換精度が低下してしまう。そして、カラムADC型固体撮像装置では、画素アレイ部のそれぞれの列(カラム)毎にA/D変換精度が異なってしまうことにより、全体の画質が低下してしまう。 For example, consider a case where each pixel outputs a signal voltage having a substantially constant level as a pixel signal, such as when a uniform image is captured by a column ADC type solid-state imaging device. In this case, since the same level of signal voltage is input to all SS + TDC type A / D conversion type A / D conversion circuits, delays provided to all SS + TDC type A / D conversion type A / D conversion circuits. Each of the line and the latch circuit starts to operate almost simultaneously. As a result, bounce (transient voltage ringing centering on the power supply voltage and the ground voltage) occurs between the power supply voltage and the ground voltage in the vicinity of the central column of the pixel array section. Then, since the delay line has a configuration in which a plurality of INV circuits are connected in series, the delay time of each INV circuit changes in accordance with the change in the bounce (bounce size) of the power supply voltage and the ground voltage. Cumulatively, the overall delay time will be greatly shifted. As a result, each latch circuit cannot hold the phase information of the corresponding clock at an accurate (same) timing, and the A / D conversion accuracy is lowered. In the column ADC type solid-state imaging device, the A / D conversion accuracy differs for each column of the pixel array unit, thereby degrading the overall image quality.
本発明は、上記の課題認識に基づいてなされたものであり、位相情報を取得することによって分解能を向上させるA/D変換回路において、A/D変換精度の低下を抑えることができるA/D変換回路、およびこのA/D変換回路を備えた固体撮像装置を提供することを目的としている。 The present invention has been made on the basis of the above problem recognition, and in an A / D conversion circuit that improves resolution by acquiring phase information, an A / D that can suppress a decrease in A / D conversion accuracy. An object of the present invention is to provide a conversion circuit and a solid-state imaging device including the A / D conversion circuit.
上記の課題を解決するため、本発明のA/D変換回路は、時間に対して一定の割合で電圧が単調減少または単調増加するアナログの参照信号であるランプ波を生成するランプ信号生成部と、基準クロックおよび該基準クロックの位相を変化させた複数のクロックを生成し、該生成したそれぞれのクロックを、それぞれの位相クロックとして出力する位相信号生成部と、入力された変換対象の信号の電圧と前記ランプ波の電圧とを比較した結果が、予め定めた条件を満足したときから、時間に対して一定の割合で電圧が、第1の基準電圧から、第1の中間電圧、および第2の中間電圧を順に経て、第2の基準電圧まで変化するアナログの比較結果信号を出力する比較部と、前記比較結果信号の電圧が前記第1の中間電圧以上になったときに、出力する第1のタイミング信号の論理状態を切り替える第1の論理回路と、該比較結果信号の電圧が前記第2の中間電圧以上になったときに、出力する第2のタイミング信号の論理状態を切り替える第2の論理回路とを具備した信号生成部と、前記位相クロックのそれぞれに対応し、前記第1のタイミング信号の論理状態が切り替わった第1のタイミング、または前記第2のタイミング信号の論理状態が切り替わった第2のタイミングの少なくとも1つのタイミングに応じて、前記位相クロックのそれぞれの論理状態をラッチする複数のラッチ回路を具備し、該ラッチ回路のそれぞれがラッチした前記位相クロックの論理状態を、位相情報として出力するラッチ部と、前記位相情報に基づいて、前記変換対象の信号の電圧の大きさに応じたデジタル値を生成するエンコード部と、を備える、ことを特徴とする。 In order to solve the above problems, an A / D conversion circuit according to the present invention includes a ramp signal generation unit that generates a ramp wave that is an analog reference signal whose voltage monotonously decreases or monotonously increases at a constant rate with respect to time. Generating a reference clock and a plurality of clocks in which the phases of the reference clock are changed, outputting the generated clocks as respective phase clocks, and the voltage of the input signal to be converted When the result of comparing the voltage of the ramp wave and the voltage of the ramp wave satisfies a predetermined condition, the voltage is changed from the first reference voltage to the first intermediate voltage and the second voltage at a constant rate with respect to time. A comparison unit that outputs an analog comparison result signal that sequentially changes to the second reference voltage, and an output voltage when the voltage of the comparison result signal becomes equal to or higher than the first intermediate voltage. The first logic circuit that switches the logic state of the first timing signal to be switched, and the logic state of the second timing signal that is output when the voltage of the comparison result signal becomes equal to or higher than the second intermediate voltage A signal generation unit including a second logic circuit; and a first timing at which a logic state of the first timing signal switches corresponding to each of the phase clocks, or a logic state of the second timing signal A plurality of latch circuits for latching the respective logic states of the phase clock in accordance with at least one of the second timings at which the clock signal is switched, and the logic states of the phase clocks latched by the respective latch circuits are A latch unit that outputs the phase information, and a digital signal corresponding to the voltage level of the signal to be converted based on the phase information. Comprising an encoding unit for generating Le values, and characterized in that.
また、本発明のA/D変換回路における複数の前記ラッチ回路のそれぞれは、前記第1のタイミングから前記第2のタイミングまで、対応する前記位相クロックの論理状態をラッチする、ことを特徴とする。 Further, each of the plurality of latch circuits in the A / D conversion circuit of the present invention latches the logic state of the corresponding phase clock from the first timing to the second timing. .
また、本発明のA/D変換回路において、前記位相クロックに含まれる前記基準クロックに対応する前記ラッチ回路は、前記比較部が、前記変換対象の信号の電圧と前記ランプ波の電圧との比較を開始したときから前記第2のタイミングまで、該基準クロックの論理状態をラッチし、前記位相クロックに含まれる前記基準クロック以外に対応する前記ラッチ回路のそれぞれは、前記第1のタイミングから前記第2のタイミングまで、対応する前記位相クロックの論理状態をラッチし、当該A/D変換回路は、前記基準クロックに対応する前記ラッチ回路がラッチした前記位相情報に基づいて、該基準クロックのクロック数を計数し、該計数したカウント値を出力するカウンタを具備したカウント部、をさらに備え、前記エンコード部は、前記基準クロック以外に対応する前記ラッチ回路がラッチした前記位相情報と、前記カウント値とのそれぞれに基づいて、前記変換対象の信号の電圧の大きさに応じたデジタル値を生成する、ことを特徴とする。 In the A / D conversion circuit of the present invention, the latch circuit corresponding to the reference clock included in the phase clock may be configured such that the comparison unit compares the voltage of the signal to be converted and the voltage of the ramp wave. The logic state of the reference clock is latched from the start to the second timing, and each of the latch circuits corresponding to other than the reference clock included in the phase clock starts from the first timing to the second timing. The logic state of the corresponding phase clock is latched until the timing of 2, and the A / D conversion circuit counts the number of clocks of the reference clock based on the phase information latched by the latch circuit corresponding to the reference clock. And a counter having a counter that outputs the counted value, and the encoding unit includes: Generating a digital value corresponding to the magnitude of the voltage of the signal to be converted, based on each of the phase information latched by the latch circuit corresponding to other than a quasi-clock and the count value; To do.
また、本発明のA/D変換回路において、前記第1の論理回路は、前記第1のタイミング信号の論理状態を切り替える第1の閾値電圧が、前記第1の中間電圧に予め定められた第1のトランジスタ回路、を備え、前記第2の論理回路は、前記第2のタイミング信号の論理状態を切り替える第2の閾値電圧が、前記第2の中間電圧に予め定められた第2のトランジスタ回路、を備え、前記第1のトランジスタ回路の電源電圧と、前記第2のトランジスタ回路の電源電圧とは、異なる電圧である、ことを特徴とする。 In the A / D conversion circuit of the present invention, the first logic circuit may be configured such that a first threshold voltage for switching a logic state of the first timing signal is predetermined as the first intermediate voltage. A second transistor circuit, wherein a second threshold voltage for switching a logic state of the second timing signal is predetermined to the second intermediate voltage. The power supply voltage of the first transistor circuit and the power supply voltage of the second transistor circuit are different voltages.
また、本発明のA/D変換回路において、前記第1の論理回路は、前記第1のタイミング信号の論理状態を切り替える第1の閾値電圧が、前記第1の中間電圧に予め定められた第1のトランジスタ回路、を備え、前記第2の論理回路は、前記第2のタイミング信号の論理状態を切り替える第2の閾値電圧が、前記第2の中間電圧に予め定められた第2のトランジスタ回路、を備え、前記第1のトランジスタ回路のL/W比と、前記第2のトランジスタ回路のL/W比とは、異なるL/W比である、ことを特徴とする。 In the A / D conversion circuit of the present invention, the first logic circuit may be configured such that a first threshold voltage for switching a logic state of the first timing signal is predetermined as the first intermediate voltage. A second transistor circuit, wherein a second threshold voltage for switching a logic state of the second timing signal is predetermined to the second intermediate voltage. The L / W ratio of the first transistor circuit and the L / W ratio of the second transistor circuit are different L / W ratios.
また、本発明のA/D変換回路において、前記第1の論理回路は、前記第1のタイミング信号の論理状態を切り替える第1の閾値電圧が、前記第1の中間電圧に予め定められた第1のトランジスタ回路、を備え、前記第2の論理回路は、前記第2のタイミング信号の論理状態を切り替える第2の閾値電圧が、前記第2の中間電圧に予め定められた第2のトランジスタ回路、を備え、前記第1のトランジスタ回路の電源電圧と、前記第2のトランジスタ回路の電源電圧とは、異なる電圧であり、さらに、前記第1のトランジスタ回路のL/W比と、前記第2のトランジスタ回路のL/W比とは、異なるL/W比である、ことを特徴とする。 In the A / D conversion circuit of the present invention, the first logic circuit may be configured such that a first threshold voltage for switching a logic state of the first timing signal is predetermined as the first intermediate voltage. A second transistor circuit, wherein a second threshold voltage for switching a logic state of the second timing signal is predetermined to the second intermediate voltage. The power supply voltage of the first transistor circuit and the power supply voltage of the second transistor circuit are different voltages, and the L / W ratio of the first transistor circuit and the second transistor circuit The L / W ratio of the transistor circuit is a different L / W ratio.
また、本発明の固体撮像装置は、入射した光量に応じた画素信号を出力する画素が、二次元の行列状に複数配置された画素アレイ部と、前記画素アレイ部に配置された前記画素の1列毎または複数列毎に配置され、対応する列の前記画素信号を変換対象の信号としてアナログデジタル変換する、上記本発明の複数のA/D変換回路と、を備え、前記A/D変換回路の前記ランプ信号生成部と前記位相信号生成部とのそれぞれは、全ての前記A/D変換回路に共通して1つ配置される、ことを特徴とする。 The solid-state imaging device of the present invention includes a pixel array unit in which a plurality of pixels that output pixel signals corresponding to the amount of incident light are arranged in a two-dimensional matrix, and the pixels arranged in the pixel array unit. A plurality of A / D conversion circuits according to the present invention, which are arranged for each column or for each of a plurality of columns and perform analog-to-digital conversion of the pixel signals in the corresponding columns as signals to be converted. Each of the ramp signal generation unit and the phase signal generation unit of the circuit is arranged in common for all the A / D conversion circuits.
本発明によれば、位相情報を取得することによって分解能を向上させるA/D変換回路において、A/D変換精度の低下を抑えることができるという効果が得られる。 According to the present invention, in the A / D conversion circuit that improves the resolution by acquiring the phase information, it is possible to suppress the decrease in the A / D conversion accuracy.
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。図1は、本実施形態による固体撮像装置の概略構成を示したブロック図である。図1に示した固体撮像装置1は、画素アレイ部10と、カラムA/D変換回路20と、ランプ信号生成部41と、位相信号生成部43と、制御信号生成部50と、垂直走査回路部200と、水平走査回路部300とから構成される。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram illustrating a schematic configuration of the solid-state imaging device according to the present embodiment. A solid-
固体撮像装置1は、画素アレイ部10内の各画素101から出力されたそれぞれの画素信号(以下、「画素信号Signal」という)を、カラムA/D変換回路20内に備えたそれぞれの、SS+TDC型A/D変換方式を用いたA/D変換回路(アナログデジタル変換器)30(以下、「A/D変換回路30」という)によってA/D変換(アナログデジタル変換)し、データ出力線800から、デジタル信号DOUTとして順次出力する。
The solid-
垂直走査回路部200は、制御信号生成部50から入力された制御信号に応じて、画素アレイ部10内の画素101を画素アレイ部10の行単位で駆動するための画素駆動信号を出力する。
The vertical
画素アレイ部10は、複数の画素101を行方向および列方向の二次元に配置した画素アレイ部である。画素101のそれぞれは、光電変換素子を備え、それぞれの画素101に備えた光電変換素子は、一定の蓄積時間内に入射した光量に応じた画素信号Signalを発生する。そして、画素アレイ部10は、垂直走査回路部200から入力された画素駆動信号に応じて、発生した画素信号Signalを、画素アレイ部10の行毎に、カラムA/D変換回路20に出力する。
The
ランプ信号生成部41は、制御信号生成部50から入力された制御信号に応じて、A/D変換を開始するタイミングから、時間に対して一定の割合で電圧が単調減少するアナログの参照信号であるランプ波Rampを生成する。そして、ランプ信号生成部41は、生成したランプ波RampをカラムA/D変換回路20に出力する。
The ramp
位相信号生成部43は、制御信号生成部50から入力された制御信号に応じて、基準クロックを生成する。また、位相信号生成部43は、基準クロックの位相を変化させた複数のクロックを生成する。そして、位相信号生成部43は、A/D変換を開始するタイミングから、生成したそれぞれのクロックをカラムA/D変換回路20に出力する。図1に示した固体撮像装置1では、基準クロックおよび基準クロックの位相を変化させた8種類のクロック(以下、「位相クロック」という)CK−0〜CK−7を生成してカラムA/D変換回路20に出力する構成の位相信号生成部43を示している。
The phase
制御信号生成部50は、垂直走査回路部200と、ランプ信号生成部41と、位相信号生成部43と、カラムA/D変換回路20と、水平走査回路部300との駆動を制御するための制御信号を出力する。
The control
カラムA/D変換回路20は、同じ構成のA/D変換回路30を、画素アレイ部10内に配置された画素101の列の数だけ複数備えている。なお、本実施形態の固体撮像装置1では、ランプ信号生成部41と位相信号生成部43とを、カラムA/D変換回路20に備えた全てのA/D変換回路30に共通して1つずつ備えている。
The column A /
画素アレイ部10の各列に対応したそれぞれのA/D変換回路30は、制御信号生成部50から入力された制御信号に応じて、画素アレイ部10から入力された画素信号Signal(アナログ信号)をA/D変換(アナログデジタル変換)する。そして、A/D変換回路30のそれぞれは、水平走査回路部300から入力された列選択信号に応じて、A/D変換した画素信号Signalの大きさに応じたデジタル値をデータ出力線800に出力する。
Each A /
なお、本実施形態の固体撮像装置1は、画素アレイ部10とカラムA/D変換回路20との間に、画素アレイ部10内に配置された画素101の列のそれぞれに対応し、例えば、CDS(Correlated Double Sampling:相関二重サンプリング)処理などのアナログ的な処理を行う複数の信号処理回路を備える構成にすることもできる。この場合、信号処理回路のそれぞれは、画素アレイ部10から入力された画素信号Signal(アナログ信号)に対してアナログ的な処理を行った後に、処理後のアナログ信号をカラムA/D変換回路20に出力する。そして、カラムA/D変換回路20内のA/D変換回路30のそれぞれは、対応する信号処理回路によって処理されたアナログ信号をA/D変換する。
Note that the solid-
水平走査回路部300は、制御信号生成部50から入力された制御信号に応じて、カラムA/D変換回路20内に備えたそれぞれのA/D変換回路30がA/D変換したデジタル値の、データ出力線800への出力を制御する。水平走査回路部300は、データ出力線800に出力するデジタル値を、画素アレイ部10の列単位で選択するための列選択信号を、カラムA/D変換回路20内に備えたそれぞれのA/D変換回路30に順次出力する。
In accordance with the control signal input from the control
データ出力線800に出力されたA/D変換回路30がA/D変換したデジタル値は、固体撮像装置1が出力するデジタル信号DOUTとして、固体撮像装置1の外部に順次出力される。
The digital value A / D converted by the A /
<第1の実施形態>
次に、本実施形態の固体撮像装置1に備えたカラムA/D変換回路20内の第1の実施形態のA/D変換回路30について説明する。図2は、本実施形態の固体撮像装置1に備えた第1の実施形態のA/D変換回路30の概略構成を示したブロック図である。図2に示したA/D変換回路30は、比較部301と、信号生成部302と、ラッチ部303と、エンコード部304とから構成される。なお、図2には、A/D変換回路30にランプ波Rampを出力するランプ信号生成部41と、位相を変化させた8種類の位相クロックCK−0〜CK−7を出力する位相信号生成部43とも併せて示している。なお、本第1の実施形態のA/D変換回路30には、タイムインターバルの期間を基準クロック(複数の位相クロックCKの内、位相の変化が0°のクロック)で計数する構成要素、すなわち、従来のSS型A/D変換方式のA/D変換回路と同様に、分解能を向上させていない状態のデジタル値を出力するための構成要素であるカウント部も備えているが、図2においては省略している。
<First Embodiment>
Next, the A /
A/D変換回路30は、ランプ波Rampと位相クロックCK−0〜CK−7とに基づいて、画素アレイ部10から入力された画素信号Signal(アナログ信号)をA/D変換(アナログデジタル変換)し、画素信号Signalの大きさに応じたデジタル値を出力する。
The A /
比較部301は、画素アレイ部10内の対応する列の画素101内から入力されたA/D変換の対象となる画素信号Signalの電圧と、ランプ信号生成部41から入力されたランプ波Rampの電圧との比較を行う。つまり、タイムインターバルの期間を計測する。比較部301は、入力された2つの信号の電圧を比較する比較器COMPから構成される。
The
比較器COMPは、画素101から出力された画素信号Signalが入力信号Vin1として正端子に入力され、ランプ波Rampが入力信号Vin2として負端子に入力される。そして、比較器COMPは、入力信号Vin2の電圧と入力信号Vin1の電圧との大小関係が一致したとき、すなわち、タイムインターバルが終了するタイミングから、時間に対して一定の割合で第1の基準電圧から第2の基準電圧まで増加するアナログ信号である比較結果信号CO−0を、信号生成部302に出力する。
In the comparator COMP, the pixel signal Signal output from the
信号生成部302は、比較部301から入力された比較結果信号CO−0の電圧が、予め定めた第1の中間電圧、および予め定めた第2の中間電圧となったことを表すそれぞれの信号を出力する。信号生成部302は、入力された信号が予め定めた電圧以上になったときに出力する信号の論理が切り替える2つのバッファ回路(第1のバッファBUFF1および第2のバッファBUFF2)から構成される。
The
第1のバッファBUFF1は、入力された比較結果信号CO−0の電圧が第1の中間電圧以上になったときに、このことを表す信号である第1のタイミング信号CO−1の論理を切り替える。また、第2のバッファBUFF2は、入力された比較結果信号CO−0の電圧が第2の中間電圧以上になったときに、このことを表す信号である第2のタイミング信号CO−2の論理が切り替える。第1のバッファBUFF1は第1のタイミング信号CO−1を、第2のバッファBUFF2は第2のタイミング信号CO−2を、それぞれラッチ部303に出力する。なお、第1の中間電圧は、第1の基準電圧よりも高く第2の基準電圧よりも低い電圧であり、第2の中間電圧は、第1の中間電圧よりも高く第2の基準電圧よりも低い電圧である。従って、比較部301から比較結果信号CO−0が入力されると、まず、比較結果信号CO−0の電圧が第1の中間電圧以上になったときに、第1のバッファBUFF1が出力する第1のタイミング信号CO−1の論理が切り替わり、その後、比較結果信号CO−0の電圧が第2の中間電圧以上になったときに、第2のバッファBUFF2が出力する第2のタイミング信号CO−2の論理が切り替わる。
When the voltage of the input comparison result signal CO-0 becomes equal to or higher than the first intermediate voltage, the first buffer BUFF1 switches the logic of the first timing signal CO-1 that is a signal indicating this. . In addition, the second buffer BUFF2 receives the logic of the second timing signal CO-2 that is a signal representing this when the voltage of the input comparison result signal CO-0 becomes equal to or higher than the second intermediate voltage. Switch. The first buffer BUFF1 outputs the first timing signal CO-1 and the second buffer BUFF2 outputs the second timing signal CO-2 to the
この信号生成部302の構成は、従来のSS+TDC型A/D変換方式のA/D変換回路においてディレイラインで構成していたタイムインターバルの信号を遅延させる構成に相当する。
The configuration of the
ラッチ部303は、位相信号生成部43から入力された位相を変化させた複数の位相クロックCK−0〜CK−7を、信号生成部302から入力された第1のタイミング信号CO−1および第2のタイミング信号CO−2に基づいたタイミングで保持(ラッチ)する。すなわち、ラッチ部303は、第1のタイミング信号CO−1と第2のタイミング信号CO−2とに基づいた、タイムインターバルが終了する瞬間のタイミングで、位相クロックCK−0〜CK−7のそれぞれの位相を表す位相情報を保持する。そして、ラッチ部303は、位相クロックCK−0〜CK−7のそれぞれの位相情報をエンコード部304に出力する。ラッチ部303は、複数のラッチ回路D−0〜D−7と論理積回路(AND回路)AND−Lとから構成される。
The
論理積回路AND−Lは、第1のタイミング信号CO−1および第2のタイミング信号CO−2に基づいて、位相クロックCK−0〜CK−7のそれぞれの位相情報をラッチするタイミング、すなわち、ラッチ回路D−0〜D−7を動作させる予め定めた期間を表す制御信号HOLD−Lを生成する。より具体的には、論理積回路AND−Lは、第1のタイミング信号CO−1の論理が切り替わったタイミングから、第2のタイミング信号CO−2の論理が切り替わったタイミングまでラッチ回路D−0〜D−7を動作させるための制御信号HOLD−Lを生成する。そして、論理積回路AND−Lは、生成した制御信号HOLD−Lを、ラッチ回路D−0〜D−7のそれぞれに出力する。 The AND circuit AND-L latches the phase information of each of the phase clocks CK-0 to CK-7 based on the first timing signal CO-1 and the second timing signal CO-2, that is, A control signal HOLD-L representing a predetermined period for operating the latch circuits D-0 to D-7 is generated. More specifically, the AND circuit AND-L includes the latch circuit D-0 from the timing when the logic of the first timing signal CO-1 is switched to the timing when the logic of the second timing signal CO-2 is switched. A control signal HOLD-L for operating .about.D-7 is generated. The AND circuit AND-L outputs the generated control signal HOLD-L to each of the latch circuits D-0 to D-7.
ラッチ回路D−0〜D−7のそれぞれは、位相クロックCK−0〜CK−7のそれぞれに対応し、論理積回路AND−Lから入力された制御信号HOLD−Lに応じて、入力された位相クロックCKの論理状態を、位相情報としてラッチする。より具体的には、ラッチ回路D−0〜D−7のそれぞれは、制御信号HOLD−Lが、動作する期間であることを表している期間だけ動作し、動作中の位相クロックCKの論理状態を位相情報としてラッチする。なお、ラッチ回路D−0〜D−7のそれぞれは、制御信号HOLD−Lが、動作する期間ではないことを表している期間中は、動作を停止している。 Each of the latch circuits D-0 to D-7 corresponds to each of the phase clocks CK-0 to CK-7, and is input according to the control signal HOLD-L input from the AND circuit AND-L. The logic state of the phase clock CK is latched as phase information. More specifically, each of the latch circuits D-0 to D-7 operates only during a period indicating that the control signal HOLD-L is an operating period, and the logic state of the phase clock CK during the operation Are latched as phase information. Note that each of the latch circuits D-0 to D-7 stops operating during a period indicating that the control signal HOLD-L is not in an operating period.
エンコード部304は、ラッチ部303から入力された位相情報をエンコードして、位相情報が表すデジタル値を生成する。すなわち、エンコード部304は、ラッチ部303から入力された位相情報に基づいて、画素信号Signalの大きさに応じたデジタル値を生成する。エンコード部304は、エンコーダ3041から構成される。なお、エンコード部304には、A/D変換を開始したタイミングから、入力信号Vin2の電圧と入力信号Vin1の電圧との大小関係が一致したときまでの期間、すなわち、タイムインターバルを、不図示のカウント部が、位相信号生成部43が出力した基準クロック(複数の位相クロックCKの内、位相の変化が0°のクロック)で計数したカウント値も入力される。このとき、第1のタイミング信号CO−1および第2のタイミング信号CO−2によらずに、位相信号生成部43が生成した基準クロックは、常に不図示のカウント部に入力されている。
The
エンコーダ3041は、不図示のカウント部から入力されたカウント値をエンコードしたデジタル値と、ラッチ部303から入力された位相情報をエンコードしたデジタル値とを生成する。そして、エンコーダ3041は、水平走査回路部300から入力された列選択信号に応じて、生成したデジタル値を、A/D変換回路30がA/D変換したデジタル値としてデータ出力線800に出力する。このとき、エンコーダ3041は、不図示のカウント部から入力されたカウント値をエンコードしたデジタル値を、A/D変換回路30がA/D変換したデジタル値の上位側のデジタル値とし、ラッチ部303から入力された位相情報をエンコードしたデジタル値を、A/D変換回路30がA/D変換したデジタル値の下位側のデジタル値として出力する。
The
なお、不図示のカウント部から入力されたカウント値をエンコードしたデジタル値は、従来のSS型A/D変換方式のA/D変換回路が出力するデジタル値に相当し、ラッチ部303から入力された位相情報をエンコードしたデジタル値は、従来のSS+TDC型A/D変換方式のA/D変換回路において分解能を向上させたデジタル値に相当する。
Note that a digital value obtained by encoding a count value input from a count unit (not shown) corresponds to a digital value output from an A / D conversion circuit of a conventional SS type A / D conversion method, and is input from a
このような構成によって、A/D変換回路30は、従来のSS+TDC型A/D変換方式のA/D変換回路と同様に、基準クロックおよび基準クロックの位相を変化させた複数のクロック(位相クロックCK)を用いて、分解能を向上させたデジタル値を出力することができる。ただし、A/D変換回路30では、従来のSS+TDC型A/D変換方式のA/D変換回路においてディレイラインで構成していたタイムインターバルが終了するタイミングを遅延させる構成を、信号生成部302で実現、すなわち、2つのバッファ回路(第1のバッファBUFF1および第2のバッファBUFF2)で実現している。このため、従来のディレイラインでは、ディレイライン内で直列に連結された複数の論理否定回路(INV回路)のそれぞれが、同時に論理を切り替える動作をしていたのに対して、2つのバッファ回路で実現した信号生成部302の構成では、動作する素子の数が少なく(1つのバッファ回路は2つのINV回路で構成される)、また、2つのバッファ回路のそれぞれは同時に論理が切り替わることがない。これにより、A/D変換回路30では、タイムインターバルが終了するタイミングを遅延させる構成によって電源電圧の揺れが発生してしまうことがない。従って、A/D変換回路30では、ラッチ部303内のラッチ回路D−0〜D−7のそれぞれが対応する位相クロックCKの論理状態を位相情報として保持するタイミングが異なることがない。
With such a configuration, the A /
次に、本実施形態の固体撮像装置1に備えたカラムA/D変換回路20内の第1の実施形態のA/D変換回路30の動作について説明する。図3は、本実施形態の固体撮像装置1に備えた第1の実施形態のA/D変換回路30の動作タイミングを示したタイミングチャートである。なお、図3では、説明を容易にするため、タイムインターバルが終了する瞬間のタイミングの時間軸を長くしたタイミングチャートを示している。
Next, the operation of the A /
A/D変換回路30は、A/D変換の対象となる画素信号Signalが画素101から入力され、制御信号生成部50から入力された制御信号に応じてA/D変換を開始すると、時刻t1からA/D変換を開始する。そして、ランプ信号生成部41は、時刻t1から、ランプ波Rampの開始電圧から終了電圧まで時間に対して一定の割合で電圧が単調減少するランプ波Rampを生成して、A/D変換回路30に出力する。これにより、比較部301内の比較器COMPに、画素信号Signalが入力信号Vin1として入力され、ランプ波Rampが入力信号Vin2として入力される。そして、比較器COMPは、タイムインターバルの期間の計測を開始する。
When the A /
また、位相信号生成部43は、時刻t1から、基準クロックおよび基準クロックの位相を変化させた位相クロックCK−0〜CK−7を生成して、A/D変換回路30に出力する。これにより、ラッチ部303内のラッチ回路D−0〜D−7のそれぞれに、対応する位相クロックCK−0〜CK−7が入力される。
Further, the phase
このとき、信号生成部302内の第1のバッファBUFF1が出力する第1のタイミング信号CO−1と、第2のバッファBUFF2が出力する第2のタイミング信号CO−2とのそれぞれは“Low”レベルである。このため、ラッチ部303内の論理積回路AND−Lが出力する制御信号HOLD−Lは、“Low”レベルとなる。これにより、ラッチ回路D−0〜D−7のそれぞれは、対応する位相クロックCK−0〜CK−7が入力されているが、位相情報をラッチする動作を停止している状態となる。
At this time, each of the first timing signal CO-1 output from the first buffer BUFF1 in the
その後、比較器COMPは、入力信号Vin2の電圧と入力信号Vin1の電圧との大小関係が一致した時刻t2のときから、つまり、タイムインターバルが終了するタイミングのときから、比較結果信号CO−0の論理の反転を開始する。より具体的には、比較器COMPは、第1の基準電圧から第2の基準電圧まで時間に対して一定の割合で増加する比較結果信号CO−0の、信号生成部302への出力を開始する。
Thereafter, the comparator COMP receives the comparison result signal CO-0 from the time t2 when the magnitude relationship between the voltage of the input signal Vin2 and the voltage of the input signal Vin1 coincides, that is, from the timing when the time interval ends. Start logic inversion. More specifically, the comparator COMP starts to output the comparison result signal CO-0, which increases at a constant rate with respect to time from the first reference voltage to the second reference voltage, to the
その後、信号生成部302内の第1のバッファBUFF1は、比較結果信号CO−0の電圧が予め定めた第1の中間電圧以上になった時刻t3のときに、第1のタイミング信号CO−1の論理を切り替える。より具体的には、第1のバッファBUFF1は、第1のタイミング信号CO−1を“Low”レベルから“High”レベルに切り替える。このため、論理積回路AND−Lが出力する制御信号HOLD−Lも、“High”レベルになる。これにより、ラッチ回路D−0〜D−7のそれぞれは、入力された対応する位相クロックCK−0〜CK−7の位相情報をラッチする動作を開始し、ラッチしたそれぞれの位相情報をエンコード部304に逐次出力する。
Thereafter, the first buffer BUFF1 in the
その後、信号生成部302内の第2のバッファBUFF2は、比較結果信号CO−0の電圧が予め定めた第2の中間電圧以上になった時刻t4のときに、第2のタイミング信号CO−2の論理を切り替える。より具体的には、第2のバッファBUFF2は、第2のタイミング信号CO−2を“Low”レベルから“High”レベルに切り替える。このため、論理積回路AND−Lが出力する制御信号HOLD−Lは、再び“Low”レベルになる。これにより、ラッチ回路D−0〜D−7のそれぞれは、入力された対応する位相クロックCK−0〜CK−7の位相情報をラッチする動作を完了し、このときの位相情報を保持する。ここでラッチ回路D−0〜D−7のそれぞれが保持した位相情報は、エンコード部304に出力される。
Thereafter, the second buffer BUFF2 in the
そして、エンコード部304内のエンコーダ3041は、入力された位相情報をエンコードしたデジタル値を生成し、不図示のカウント部から入力されたカウント値をエンコードしたデジタル値を上位側のデジタル値とし、ここで生成したデジタル値を下位側のデジタル値として合わせたデジタル値を、A/D変換回路30がA/D変換したデジタル値として出力する。
The
このような動作によって、A/D変換回路30は、従来のSS+TDC型A/D変換方式のA/D変換回路と同様に、基準クロックおよび基準クロックの位相を変化させた複数のクロック(位相クロックCK)を用いて、分解能を向上させたデジタル値を出力する。このとき、A/D変換回路30では、第1のバッファBUFF1および第2のバッファBUFF2のそれぞれが、比較結果信号CO−0に応じて第1のタイミング信号CO−1および第2のタイミング信号CO−2のそれぞれの論理を切り替えるタイミングを遅らせる。つまり、第1のバッファBUFF1および第2のバッファBUFF2のそれぞれは、図3に示したように、タイムインターバルの期間を、第1のタイムインターバルの期間および第2のタイムインターバルの期間のそれぞれに延長する。そして、第1のタイムインターバルの期間中、すなわち、図3に示した時刻t1〜時刻t3までのラッチ回路停止期間中は、制御信号HOLD−Lが動作する期間ではないことを表す“Low”レベルにすることによって、ラッチ回路D−0〜D−7のそれぞれが位相情報をラッチする動作を停止させる。その後、第1のタイムインターバルが終了してから第2のタイムインターバルが終了するまでの期間中、すなわち、図3に示した時刻t3〜時刻t4までのラッチ回路動作期間中は、制御信号HOLD−Lを、ラッチ回路D−0〜D−7を動作する期間であることを表す“High”レベルにすることによって、ラッチ回路D−0〜D−7のそれぞれによる位相情報をラッチする動作を行わせる。これにより、A/D変換回路30においても、従来のSS+TDC型A/D変換方式のA/D変換回路と同様に、ラッチ回路D−0〜D−7を間欠動作させることによって、A/D変換する際の消費電力を抑えることができる。なお、ラッチ回路動作期間は、タイムインターバルが終了する瞬間のタイミングを表している。
By such an operation, the A /
本第1の実施形態によれば、時間に対して一定の割合で電圧が単調減少または単調増加するアナログの参照信号であるランプ波(ランプ波Ramp)を生成するランプ信号生成部(ランプ信号生成部41)と、基準クロックおよびこの基準クロックの位相を変化させた複数のクロックを生成し、ここで生成したそれぞれのクロックを、それぞれの位相クロック(位相クロックCK−0〜CK−7)として出力する位相信号生成部(位相信号生成部43)と、入力された変換対象の信号(画素信号Signal,入力信号Vin1)の電圧とランプ波Ramp(入力信号Vin2)の電圧とを比較した結果が、予め定めた条件(大小関係が一致)を満足したときから、時間に対して一定の割合で電圧が、第1の基準電圧から、第1の中間電圧、および第2の中間電圧を順に経て、第2の基準電圧まで変化するアナログの比較結果信号(比較結果信号CO−0)を出力する比較部(比較部301内の比較器COMP)と、比較結果信号CO−0の電圧が第1の中間電圧以上になったときに、出力する第1のタイミング信号(第1のタイミング信号CO−1)の論理状態を切り替える第1の論理回路(第1のバッファBUFF1)と、比較結果信号CO−0の電圧が第2の中間電圧以上になったときに、出力する第2のタイミング信号(第2のタイミング信号CO−2)の論理状態を切り替える第2の論理回路(第2のバッファBUFF2)とを具備した信号生成部(信号生成部302)と、位相クロックCK−0〜CK−7のそれぞれに対応し、第1のタイミング信号CO−1の論理状態が切り替わった第1のタイミング、または第2のタイミング信号CO−2の論理状態が切り替わった第2のタイミングの少なくとも1つのタイミングに応じて、位相クロックCK−0〜CK−7のそれぞれの論理状態をラッチする複数のラッチ回路(ラッチ回路D−0〜D−7)を具備し、ラッチ回路D−0〜D−7のそれぞれがラッチした位相クロックCK−0〜CK−7の論理状態を、位相情報として出力するラッチ部(ラッチ部303)と、位相情報に基づいて、変換対象の信号(画素信号Signal,入力信号Vin1)の電圧の大きさに応じたデジタル値を生成するエンコード部(エンコード部304)と、を備える、A/D変換回路(A/D変換回路30)が構成される。 According to the first embodiment, a ramp signal generation unit (ramp signal generation) that generates a ramp wave (ramp wave Ramp) that is an analog reference signal whose voltage monotonously decreases or monotonically increases at a constant rate with respect to time. 41), a reference clock and a plurality of clocks in which the phases of the reference clock are changed, and the generated clocks are output as respective phase clocks (phase clocks CK-0 to CK-7). The result of comparing the phase signal generation unit (phase signal generation unit 43), the voltage of the input signal to be converted (pixel signal Signal, input signal Vin1) and the voltage of the ramp wave Ramp (input signal Vin2), Since the predetermined condition (the magnitude relationship is coincident) is satisfied, the voltage is changed from the first reference voltage to the first intermediate voltage at a constant rate with respect to time. And a comparison unit (comparator COMP in the comparison unit 301) that outputs an analog comparison result signal (comparison result signal CO-0) that sequentially changes to the second reference voltage through the second intermediate voltage, and the comparison result When the voltage of the signal CO-0 becomes equal to or higher than the first intermediate voltage, a first logic circuit (first logic circuit) that switches the logic state of the first timing signal (first timing signal CO-1) to be output. A buffer BUFF1) and a second timing signal for switching the logic state of the second timing signal (second timing signal CO-2) to be output when the voltage of the comparison result signal CO-0 becomes equal to or higher than the second intermediate voltage. Corresponding to each of the phase clocks CK-0 to CK-7 and the logic of the first timing signal CO-1 and the signal generation unit (signal generation unit 302) including the logic circuit (second buffer BUFF2). Condition The logical states of the phase clocks CK-0 to CK-7 in accordance with at least one timing of the first timing when the clock signal is switched or the second timing when the logic state of the second timing signal CO-2 is switched And a plurality of latch circuits (latch circuits D-0 to D-7), and the logic states of the phase clocks CK-0 to CK-7 latched by the latch circuits D-0 to D-7, A latch unit (latch unit 303) that outputs as phase information, and an encode unit (encode) that generates a digital value corresponding to the voltage level of the signal to be converted (pixel signal Signal, input signal Vin1) based on the phase information. Unit 304), an A / D conversion circuit (A / D conversion circuit 30) is configured.
また、本第1の実施形態によれば、複数のラッチ回路D−0〜D−7のそれぞれは、第1のタイミングから第2のタイミングまで、対応する位相クロックCK−0〜CK−7の論理状態をラッチするA/D変換回路30が構成される。
Further, according to the first embodiment, each of the plurality of latch circuits D-0 to D-7 has the corresponding phase clocks CK-0 to CK-7 from the first timing to the second timing. An A /
上記に述べたとおり、本第1の実施形態によれば、従来のSS+TDC型A/D変換方式のA/D変換回路と同様に、A/D変換中の消費電力の増大を抑えることができる。また、従来のSS+TDC型A/D変換方式のA/D変換回路と同様に、基準クロックおよび基準クロックの位相を変化させた複数のクロック(位相クロック)を用いて、分解能を向上させたデジタル値を出力することができる。しかも、本第1の実施形態では、分解能を向上させるために位相クロックの位相情報をラッチするタイミングの変動を抑えることができる。これは、本第1の実施形態では、分解能を向上させるために、従来のSS+TDC型A/D変換方式のA/D変換回路においてディレイラインで構成していたタイムインターバルが終了するタイミングを遅延させる構成を、2つのバッファ回路(第1のバッファBUFF1および第2のバッファBUFF2)で構成した信号生成部302で実現しているからである。すなわち、本第1の実施形態では、タイムインターバルが終了するタイミングを遅延させ機能を、ディレイライン内で直列に連結された複数のINV回路で実現していた従来の構成と異なり、一般的に2つのINV回路で構成されるバッファ回路を2つ用いる構成で実現しているからである。
As described above, according to the first embodiment, an increase in power consumption during A / D conversion can be suppressed similarly to the conventional SS + TDC type A / D conversion type A / D conversion circuit. . Similarly to the conventional SS + TDC A / D conversion type A / D conversion circuit, a digital value with improved resolution using a reference clock and a plurality of clocks (phase clocks) in which the phase of the reference clock is changed. Can be output. In addition, in the first embodiment, it is possible to suppress a variation in timing for latching the phase information of the phase clock in order to improve the resolution. In the first embodiment, in order to improve the resolution, the conventional SS + TDC type A / D conversion type A / D conversion circuit delays the timing at which the time interval constituted by the delay line ends. This is because the configuration is realized by the
より具体的には、従来では、上述したように、例えば、カラムADC型固体撮像装置によって均一の画像を撮影するなどによって電源電圧とグラウンド電圧とにバウンスが発生してしまうと、この電源電圧およびグラウンド電圧のバウンスによって、ディレイラインを構成するそれぞれのINV回路の遅延時間の変化が累積し、タイムインターバルが終了するタイミングを遅延させる時間が大きくずれてしまっていた。つまり、ディレイラインを構成するINV回路の数分の遅延時間の変化の累積が、タイムインターバルが終了するタイミングを遅延させる時間を大きくずらしてしまっていた。 More specifically, conventionally, as described above, when a bounce occurs between the power supply voltage and the ground voltage due to, for example, taking a uniform image with a column ADC type solid-state imaging device, this power supply voltage and Due to the bounce of the ground voltage, changes in the delay time of the respective INV circuits constituting the delay line are accumulated, and the time for delaying the timing at which the time interval ends is greatly shifted. In other words, the accumulation of changes in the delay time corresponding to the number of INV circuits constituting the delay line has greatly shifted the time for delaying the timing at which the time interval ends.
これに対して本第1の実施形態では、1つのバッファ回路は2つのINV回路で構成されている。このため、仮に電源電圧とグラウンド電圧とにバウンスが発生してしまった場合でも、INV回路の遅延時間の変化の累積量が従来のディレイラインの構成よりも少なく、つまり、2つ分のINV回路の遅延時間の変化しか累積せず、ラッチ部内のそれぞれのラッチ回路が対応する位相クロックの位相情報を保持するタイミングが大きくずれることはない。しかも、本第1の実施形態では、従来のディレイラインのように、複数のINV回路がほぼ同時に論理を切り替える動作をするのではなく、2つのINV回路しかほぼ同時に論理を切り替える動作をしないため、電源電圧とグラウンド電圧とにバウンスを発生させてしまう要因自体が、従来のディレイラインの構成よりも少ない。つまり、本第1の実施形態では、信号生成部302が、電源電圧とグラウンド電圧とにバウンスを発生させてしまう要因とはならない。
On the other hand, in the first embodiment, one buffer circuit is composed of two INV circuits. For this reason, even if a bounce occurs between the power supply voltage and the ground voltage, the cumulative amount of change in the delay time of the INV circuit is smaller than that of the conventional delay line, that is, two INV circuits. Only the change in the delay time is accumulated, and the timing at which the respective latch circuits in the latch unit hold the phase information of the corresponding phase clock is not greatly shifted. In addition, in the first embodiment, unlike the conventional delay line, the plurality of INV circuits do not perform the operation of switching the logic almost simultaneously, but only the two INV circuits perform the operation of switching the logic almost simultaneously. There are fewer factors that cause bounce between the power supply voltage and the ground voltage than in the conventional delay line configuration. That is, in the first embodiment, the
これにより、本第1の実施形態では、それぞれのラッチ回路が、対応する位相クロックの位相情報を正確な(同じ)タイミングで保持することができ、従来のSS+TDC型A/D変換方式のA/D変換回路よりも、A/D変換精度の低下を抑えることができる。そして、本第1の実施形態のA/D変換回路を画素アレイ部のそれぞれの列(カラム)毎に備えたカラムADC型固体撮像装置では、画素アレイ部のそれぞれの列毎にA/D変換精度が異なってしまうことがなく、つまり、画素アレイ部のそれぞれの列毎のA/D変換精度を均一にすることができ、全体の画質を向上させることができる。 Thereby, in the first embodiment, each latch circuit can hold the phase information of the corresponding phase clock at an accurate (same) timing, and the A / D of the conventional SS + TDC type A / D conversion method can be used. A decrease in A / D conversion accuracy can be suppressed as compared with the D conversion circuit. In the column ADC type solid-state imaging device provided with the A / D conversion circuit of the first embodiment for each column of the pixel array unit, A / D conversion is performed for each column of the pixel array unit. There is no difference in accuracy, that is, the A / D conversion accuracy for each column of the pixel array section can be made uniform, and the overall image quality can be improved.
<第2の実施形態>
次に、本実施形態の固体撮像装置1に備えたカラムA/D変換回路20内の第2の実施形態のA/D変換回路について説明する。図2に示した第1の実施形態のA/D変換回路30では、タイムインターバルの期間を計数するカウント部(不図示)とラッチ部303とが独立に動作している構成を示したが、本第2の実施形態のA/D変換回路は、カウント部とラッチ部とが関連して動作する構成のA/D変換回路である。以下の説明においては、本第2の実施形態のA/D変換回路を、「A/D変換回路31」という。図4は、本実施形態の固体撮像装置1に備えた第2の実施形態のA/D変換回路31の概略構成を示したブロック図である。図4に示したA/D変換回路31は、比較部301と、信号生成部302と、ラッチ部313と、カウント部315と、エンコード部314とから構成される。なお、図4にも、A/D変換回路31にランプ波Rampを出力するランプ信号生成部41と、位相を変化させた8種類の位相クロックCK−0〜CK−7を出力する位相信号生成部43とも併せて示している。なお、本第2の実施形態のA/D変換回路31では、位相クロックCK−7を基準クロック(複数の位相クロックCKの内、位相の変化が0°のクロック)とした構成である。
<Second Embodiment>
Next, the A / D conversion circuit of the second embodiment in the column A /
なお、本第2の実施形態のA/D変換回路31の構成要素には、第1の実施形態のA/D変換回路30の構成要素と同様の構成要素も含まれている。従って、本第2の実施形態のA/D変換回路31の構成要素において、第1の実施形態のA/D変換回路30の構成要素と同様の構成要素には、同一の符号を付与し、それぞれの構成要素に関する詳細な説明は省略する。
The components of the A /
A/D変換回路31は、第1の実施形態のA/D変換回路30の代わりに、本実施形態の固体撮像装置1に備えたカラムA/D変換回路20内に、画素アレイ部10内に配置された画素101の列の数だけ複数備えられる。そして、A/D変換回路31は、第1の実施形態のA/D変換回路30と同様に、ランプ波Rampと位相クロックCK−0〜CK−7とに基づいて、画素アレイ部10から入力された画素信号Signal(アナログ信号)をA/D変換(アナログデジタル変換)し、画素信号Signalの大きさに応じたデジタル値を出力する。
Instead of the A /
信号生成部302に備えた第1のバッファBUFF1は第1のタイミング信号CO−1を、第2のバッファBUFF2は第2のタイミング信号CO−2を、それぞれラッチ部313に出力する。
The first buffer BUFF1 provided in the
ラッチ部313は、第1の実施形態のA/D変換回路30に備えたラッチ部303と同様に、位相信号生成部43から入力された位相を変化させた複数の位相クロックCK−0〜CK−7を、信号生成部302から入力された第1のタイミング信号CO−1および第2のタイミング信号CO−2に基づいた、タイムインターバルが終了する瞬間のタイミングでラッチし、位相クロックCK−0〜CK−7のそれぞれの位相を表す位相情報を保持する。そして、ラッチ部313は、位相クロックCK−0〜CK−7のそれぞれの位相情報をカウント部315に出力する。ラッチ部313は、複数のラッチ回路D−0〜D−7と、論理積回路(AND回路)AND−Lと、論理積回路(AND回路)AND−Cとから構成される。
Similarly to the
論理積回路AND−Lは、第1の実施形態のA/D変換回路30に備えたラッチ部303内の論理積回路AND−Lと同様に、第1のタイミング信号CO−1の論理が切り替わったタイミングから、第2のタイミング信号CO−2の論理が切り替わったタイミングまでラッチ回路D−0〜D−7を動作させるための制御信号HOLD−Lを生成し、生成した制御信号HOLD−Lを、ラッチ回路D−0〜D−6のそれぞれに出力する。
The logical product circuit AND-L switches the logic of the first timing signal CO-1 similarly to the logical product circuit AND-L in the
論理積回路AND−Cは、制御信号生成部50から入力された制御信号Enableおよび第2のタイミング信号CO−2に基づいて、位相クロックCK−7の位相情報をラッチするタイミング、すなわち、ラッチ回路D−7を動作させる予め定めた期間を表す制御信号HOLD−Cを生成する。より具体的には、論理積回路AND−Cは、A/D変換を開始するタイミングを表す制御信号Enableの論理が切り替わったタイミング、すなわち、A/D変換を開始するタイミングから、第2のタイミング信号CO−2の論理が切り替わったタイミングまでラッチ回路D−7を動作させるための制御信号HOLD−Cを生成する。そして、論理積回路AND−Cは、生成した制御信号HOLD−Cを、ラッチ回路D−7に出力する。
The AND circuit AND-C is a timing for latching the phase information of the phase clock CK-7 based on the control signal Enable and the second timing signal CO-2 input from the
ラッチ回路D−0〜D−6のそれぞれは、第1の実施形態のA/D変換回路30に備えたラッチ部303内のラッチ回路D−0〜D−6と同様に、位相クロックCK−0〜CK−6のそれぞれに対応し、論理積回路AND−Lから入力された制御信号HOLD−Lに応じて、入力された位相クロックCKの論理状態を、位相情報としてラッチする。より具体的には、ラッチ回路D−0〜D−6のそれぞれは、制御信号HOLD−Lが、動作する期間であることを表している期間だけ動作し、動作中の位相クロックCKの論理状態を位相情報としてラッチする。なお、ラッチ回路D−0〜D−6のそれぞれは、第1の実施形態のA/D変換回路30に備えたラッチ部303内のラッチ回路D−0〜D−6と同様に、制御信号HOLD−Lが、動作する期間ではないことを表している期間中は、動作を停止している。
Each of the latch circuits D-0 to D-6 is the same as the phase clock CK− in the same manner as the latch circuits D-0 to D-6 in the
ラッチ回路D−7は、位相クロックCK−7、すなわち、基準クロックに対応し、論理積回路AND−Cから入力された制御信号HOLD−Cに応じて、入力された位相クロックCK−7の論理状態を、位相情報としてラッチする。より具体的には、ラッチ回路D−7は、制御信号HOLD−Cが、動作する期間であることを表している期間だけ動作し、動作中の位相クロックCK−7の論理状態を位相情報としてラッチする。なお、ラッチ回路D−7からは、位相クロックCK−7の論理状態を位相情報としてラッチしている間、ラッチした位相情報が逐次出力される。すなわち、ラッチ回路D−7からは、基準クロック(位相クロックCK−7)が出力される。なお、ラッチ回路D−7は、制御信号HOLD−Cが、動作する期間ではないことを表している期間中は、動作を停止している。 The latch circuit D-7 corresponds to the phase clock CK-7, that is, the reference clock, and the logic of the input phase clock CK-7 according to the control signal HOLD-C input from the AND circuit AND-C. The state is latched as phase information. More specifically, the latch circuit D-7 operates only during a period indicating that the control signal HOLD-C is an operating period, and uses the logical state of the operating phase clock CK-7 as phase information. Latch. The latched phase information is sequentially output from the latch circuit D-7 while the logic state of the phase clock CK-7 is latched as phase information. That is, the reference clock (phase clock CK-7) is output from the latch circuit D-7. Note that the latch circuit D-7 stops operating during a period indicating that the control signal HOLD-C is not in an operating period.
カウント部315は、ラッチ部313から入力された位相情報に含まれる基準クロック、すなわち、位相クロックCK−7を計数する。そして、カウント部315は、ラッチ部313から入力された位相クロックCK−0〜CK−7の位相情報に、計数した位相クロックCK−7の計数値(カウント値)を合わせて、エンコード部314に出力する。カウント部315は、カウンタ3151から構成される。
The
カウンタ3151は、入力された位相クロックCK−7のクロック数、すなわち、基準クロックのクロック数を計数する。そして、カウンタ3151は、計数したカウント値を、エンコード部314に出力する。ここで、カウンタ3151は、従来のSS型A/D変換方式のA/D変換回路の構成において、タイムインターバルの期間を基準クロックで計数する構成に相当する。従って、カウンタ3151が計数したカウント値は、従来のSS型A/D変換方式のA/D変換回路において、分解能を向上させていない状態のデジタル値を生成するためのカウント値に相当する。
The
エンコード部314は、第1の実施形態のA/D変換回路30に備えたエンコード部304と同様に、ラッチ部313から入力された位相情報をエンコードして、位相情報が表すデジタル値を生成する。すなわち、エンコード部314は、ラッチ部313から入力された位相情報に基づいて、画素信号Signalの大きさに応じたデジタル値を生成する。ただし、エンコード部314には、カウント部315内のカウンタ3151が計数した、位相信号生成部43が出力した基準クロック(位相クロックCK−7)を計数したカウント値も、位相情報と共に入力される。エンコード部314は、エンコーダ3141から構成される。
The
エンコーダ3141は、カウント部315から入力されたカウント値をエンコードしたデジタル値と、カウント部315を介してラッチ部313から入力された位相情報をエンコードしたデジタル値とを生成する。そして、エンコーダ3141は、水平走査回路部300から入力された列選択信号に応じて、生成したデジタル値を、A/D変換回路31がA/D変換したデジタル値としてデータ出力線800に出力する。このとき、エンコーダ3141は、第1の実施形態のA/D変換回路30に備えたエンコード部304内のエンコーダ3041と同様に、カウント部315から入力されたカウント値をエンコードしたデジタル値を、A/D変換回路31がA/D変換したデジタル値の上位側のデジタル値とし、ラッチ部313から入力された位相情報をエンコードしたデジタル値を、A/D変換回路31がA/D変換したデジタル値の下位側のデジタル値として出力する。
The
なお、本第2の実施形態のA/D変換回路31においても、カウント部315から入力されたカウント値をエンコードしたデジタル値は、従来のSS型A/D変換方式のA/D変換回路が出力するデジタル値に相当し、ラッチ部313から入力された位相情報をエンコードしたデジタル値は、従来のSS+TDC型A/D変換方式のA/D変換回路において分解能を向上させたデジタル値に相当する。
Also in the A /
このような構成によって、A/D変換回路31は、第1の実施形態のA/D変換回路30と同様に、基準クロックおよび基準クロックの位相を変化させた複数のクロック(位相クロックCK)を用いて、分解能を向上させたデジタル値を出力することができる。また、A/D変換回路31も、第1の実施形態のA/D変換回路30と同様に、信号生成部302内の2つのバッファ回路(第1のバッファBUFF1および第2のバッファBUFF2)で、タイムインターバルが終了するタイミングを遅延させている。このため、A/D変換回路31でも、第1の実施形態のA/D変換回路30と同様に、電源電圧の揺れが発生してしまうことがなく、同じタイミングで、ラッチ部313内のラッチ回路D−0〜D−7のそれぞれが対応する位相クロックCKの論理状態を位相情報として保持することができる。
With such a configuration, the A /
次に、本実施形態の固体撮像装置1に備えたカラムA/D変換回路20内の第2の実施形態のA/D変換回路31の動作について説明する。図5は、本実施形態の固体撮像装置1に備えた第2の実施形態のA/D変換回路31の動作タイミングを示したタイミングチャートである。なお、図5でも、説明を容易にするため、タイムインターバルが終了する瞬間のタイミングの時間軸を長くしたタイミングチャートを示している。
Next, the operation of the A /
A/D変換回路31は、A/D変換の対象となる画素信号Signalが画素101から入力され、制御信号生成部50から入力された制御信号に応じてA/D変換を開始すると、時刻t1からA/D変換を開始する。このとき、制御信号生成部50は、制御信号Enableを“High”レベルにする。そして、ランプ信号生成部41は、時刻t1からランプ波Rampを生成して、A/D変換回路31に出力する。これにより、比較部301内の比較器COMPに、画素信号Signalが入力信号Vin1として入力され、ランプ波Rampが入力信号Vin2として入力される。そして、比較器COMPは、タイムインターバルの期間の計測を開始する。
When the A /
また、位相信号生成部43は、時刻t1から、基準クロックとおよび基準クロックの位相を変化させた位相クロックCK−0〜CK−7を生成して、A/D変換回路31に出力する。これにより、ラッチ部313内のラッチ回路D−0〜D−7のそれぞれに、対応する位相クロックCK−0〜CK−7が入力される。
Further, the phase
このとき、信号生成部302内の第1のバッファBUFF1が出力する第1のタイミング信号CO−1と、第2のバッファBUFF2が出力する第2のタイミング信号CO−2とのそれぞれは“Low”レベルである。このため、ラッチ部313内の論理積回路AND−Lが出力する制御信号HOLD−Lは、“Low”レベルとなる。これにより、ラッチ回路D−0〜D−6のそれぞれは、対応する位相クロックCK−0〜CK−6が入力されているが、位相情報をラッチする動作を停止している状態となる。
At this time, each of the first timing signal CO-1 output from the first buffer BUFF1 in the
一方、制御信号Enableは“High”レベル、第2のタイミング信号CO−2は“Low”レベルである。このため、ラッチ部313内の論理積回路AND−Cが出力する制御信号HOLD−Cは、“High”レベルとなる。これにより、ラッチ回路D−7は、対応する位相クロックCK−7の位相情報をラッチする動作を開始し、ラッチした位相クロックCK−7の位相情報をカウント部315に逐次出力する。そして、カウント部315内のカウンタ3151は、ラッチ部313から入力された位相情報に含まれる位相クロックCK−7の計数を開始し、計数したカウント値をエンコード部314に出力する。
On the other hand, the control signal Enable is at “High” level, and the second timing signal CO-2 is at “Low” level. For this reason, the control signal HOLD-C output from the AND circuit AND-C in the
その後、比較器COMPは、入力信号Vin2の電圧と入力信号Vin1の電圧との大小関係が一致した時刻t2のときから、つまり、タイムインターバルが終了するタイミングのときから、比較結果信号CO−0の論理の反転を開始し、第1の基準電圧から第2の基準電圧まで時間に対して一定の割合で増加する比較結果信号CO−0を、信号生成部302に出力する。
Thereafter, the comparator COMP receives the comparison result signal CO-0 from the time t2 when the magnitude relationship between the voltage of the input signal Vin2 and the voltage of the input signal Vin1 coincides, that is, from the timing when the time interval ends. Inversion of logic is started, and a comparison result signal CO-0 that increases at a constant rate with respect to time from the first reference voltage to the second reference voltage is output to the
その後、信号生成部302内の第1のバッファBUFF1は、比較結果信号CO−0の電圧が予め定めた第1の中間電圧以上になった時刻t3のときに、第1のタイミング信号CO−1の論理を “Low”レベルから“High”レベルに切り替える。このため、論理積回路AND−Lが出力する制御信号HOLD−Lも、“High”レベルになる。これにより、ラッチ回路D−0〜D−6のそれぞれは、入力された対応する位相クロックCK−0〜CK−6の位相情報をラッチする動作を開始し、ラッチしたそれぞれの位相情報をカウント部315に逐次出力する。
Thereafter, the first buffer BUFF1 in the
その後、信号生成部302内の第2のバッファBUFF2は、比較結果信号CO−0の電圧が予め定めた第2の中間電圧以上になった時刻t4のときに、第2のタイミング信号CO−2の論理を “Low”レベルから“High”レベルに切り替える。このため、論理積回路AND−Lが出力する制御信号HOLD−Lは、再び“Low”レベルになる。これにより、ラッチ回路D−0〜D−6のそれぞれは、入力された対応する位相クロックCK−0〜CK−6の位相情報をラッチする動作を完了し、このときの位相情報を保持する。ここでラッチ回路D−0〜D−6のそれぞれが保持した位相情報は、カウント部315に出力される。
Thereafter, the second buffer BUFF2 in the
一方、制御信号Enableは“High”レベル、第2のタイミング信号CO−2は“High”レベルである。このため、論理積回路AND−Cが出力する制御信号HOLD−Cも、“Low”レベルになる。これにより、ラッチ回路D−7も、対応する位相クロックCK−7の位相情報をラッチする動作を完了し、このときの位相情報を保持する。ここでラッチ回路D−7が保持した位相クロックCK−7の位相情報も、カウント部315に出力される。そして、カウンタ3151は、ラッチ部313から入力された位相クロックCK−7の位相情報に基づいた位相クロックCK−7の計数を完了し、ラッチ部313から入力された位相クロックCK−0〜CK−7の位相情報に、計数した位相クロックCK−7のカウント値を合わせて、エンコード部314に出力する。
On the other hand, the control signal Enable is at “High” level, and the second timing signal CO-2 is at “High” level. For this reason, the control signal HOLD-C output from the AND circuit AND-C is also at the “Low” level. Thereby, the latch circuit D-7 also completes the operation of latching the phase information of the corresponding phase clock CK-7, and holds the phase information at this time. Here, the phase information of the phase clock CK-7 held by the latch circuit D-7 is also output to the
なお、本第2の実施形態のA/D変換回路31では、ラッチ回路D−7による位相情報をラッチする動作を完了する、つまり、ラッチ回路D−7の動作が停止することによって、カウンタ3151による位相クロックCK−7の計数を完了する(停止させる)構成であるが、例えば、制御信号HOLD−Cに応じて、カウンタ3151による位相クロックCK−7の計数を停止させる構成を、別途備えた構成にしてもよい。この場合、図5に示したA/D変換回路31の動作タイミングでは、制御信号HOLD−Cが“High”レベルのときに、カウンタ3151が位相クロックCK−7の計数を行う構成となる。
In the A /
そして、エンコード部314内のエンコーダ3141は、ラッチ部313からカウント部315を介して入力された位相クロックCK−0〜CK−7の位相情報と、位相クロックCK−7のカウント値とのそれぞれをエンコードしたデジタル値を生成する。そして、エンコーダ3141は、カウント部315から入力されたカウント値をエンコードしたデジタル値を上位側のデジタル値とし、カウント部315を介して入力された位相クロックCK−0〜CK−7の位相情報をエンコードして生成したデジタル値を下位側のデジタル値として合わせたデジタル値を、A/D変換回路31がA/D変換したデジタル値として出力する。
The
このような動作によって、A/D変換回路31は、第1の実施形態のA/D変換回路30と同様に、基準クロックおよび基準クロックの位相を変化させた複数のクロック(位相クロックCK)を用いて、分解能を向上させたデジタル値を出力する。このとき、A/D変換回路31では、第1の実施形態のA/D変換回路30と同様に、第1のバッファBUFF1および第2のバッファBUFF2のそれぞれが、比較結果信号CO−0に応じて第1のタイミング信号CO−1および第2のタイミング信号CO−2のそれぞれの論理を切り替えるタイミングを遅らせることによって、タイムインターバルの期間を、第1のタイムインターバルの期間および第2のタイムインターバルの期間のそれぞれに延長する(図5参照)。そして、A/D変換回路31では、第1のタイムインターバルの期間(図5に示した時刻t1〜時刻t3までの期間)のラッチ回路停止期間中は、制御信号HOLD−Lの“Low”レベルによって、ラッチ回路D−0〜D−6のそれぞれが位相情報をラッチする動作を停止させる。その後、第1のタイムインターバルが終了してから第2のタイムインターバルが終了するまでの期間(図5に示した時刻t3〜時刻t4までの期間)のラッチ回路動作期間中は、制御信号HOLD−Lの“High”レベルによって、ラッチ回路D−0〜D−6のそれぞれによる位相情報をラッチする動作を行わせる。これにより、A/D変換回路31においても、ラッチ回路D−0〜D−6を間欠動作させることによって、A/D変換する際の消費電力を抑えることができる。なお、図5に示したラッチ回路動作期間も、タイムインターバルが終了する瞬間のタイミングを表している。
By such an operation, the A /
また、A/D変換回路31では、第2のタイムインターバルの期間、すなわち、図5に示した時刻t1〜時刻t4までのA/D変換期間中は、制御信号HOLD−Cの“High”レベルによって、ラッチ回路D−7による位相クロックCK−7(基準クロック)の位相情報をラッチする動作を行わせ、カウンタ3151が、位相クロックCK−7の計数を行う。その後、A/D変換回路31では、A/D変換期間が終了した時刻t4以降、制御信号HOLD−Cの“Low”レベルによって、ラッチ回路D−7が位相情報をラッチする動作を停止させ、カウンタ3151による位相クロックCK−7の計数を完了させる。つまり、A/D変換回路31では、ラッチ回路D−7が位相情報をラッチする動作を停止させることによって、カウンタ3151による位相クロックCK−7の計数を停止させる。これにより、A/D変換回路31においては、A/D変換期間が終了した後の消費電力を抑えることができる。
Further, in the A /
本第2の実施形態によれば、位相クロックCK−0〜CK−7に含まれる基準クロック(位相クロックCK−7)に対応するラッチ回路D−7は、比較部301内の比較器COMPが、変換対象の信号(画素信号Signal,入力信号Vin1)の電圧とランプ波Ramp(入力信号Vin2)の電圧との比較を開始したときから第2のタイミングまで、基準クロック(位相クロックCK−7)の論理状態をラッチし、位相クロックCK−0〜CK−7に含まれる基準クロック(位相クロックCK−7)以外に対応するラッチ回路D−0〜D−6のそれぞれは、 第1のタイミングから第2のタイミングまで、対応する位相クロックCK−0〜CK−6の論理状態をラッチし、このA/D変換回路30は、基準クロック(位相クロックCK−7)に対応するラッチ回路D−7がラッチした位相情報に基づいて、この基準クロック(位相クロックCK−7)のクロック数を計数し、ここで計数したカウント値を出力するカウンタ(カウンタ3151)を具備したカウント部(カウント部315)、をさらに備え、エンコード部304は、基準クロック(位相クロックCK−7)以外に対応するラッチ回路D−0〜D−6がラッチした位相情報と、カウント値とのそれぞれに基づいて、変換対象の信号(画素信号Signal,入力信号Vin1)の電圧の大きさに応じたデジタル値を生成するA/D変換回路30が構成される。
According to the second embodiment, the latch circuit D-7 corresponding to the reference clock (phase clock CK-7) included in the phase clocks CK-0 to CK-7 includes the comparator COMP in the
上記に述べたとおり、本第2の実施形態によれば、第1の実施形態を同様に、基準クロックおよび基準クロックの位相を変化させた複数のクロック(位相クロック)を用いて分解能を向上させたデジタル値を出力する際に、A/D変換中およびA/D変換後の消費電力の増大を抑えると共に、A/D変換中に複数の位相クロックの位相情報をラッチするタイミングの変動を抑えることができる。これにより、本第2の実施形態でも、第1の実施形態と同様に、それぞれのラッチ回路が、対応する位相クロックの位相情報を正確な(同じ)タイミングで保持することができ、従来のSS+TDC型A/D変換方式のA/D変換回路よりも、A/D変換精度の低下を抑えることができる。そして、本第2の実施形態のA/D変換回路を画素アレイ部のそれぞれの列(カラム)毎に備えたカラムADC型固体撮像装置でも、第1の実施形態と同様に、画素アレイ部のそれぞれの列毎のA/D変換精度を均一にすることができ、全体の画質を向上させることができる。 As described above, according to the second embodiment, similarly to the first embodiment, the resolution is improved by using the reference clock and a plurality of clocks (phase clocks) in which the phases of the reference clock are changed. When a digital value is output, an increase in power consumption during A / D conversion and after A / D conversion is suppressed, and fluctuation in timing for latching phase information of a plurality of phase clocks during A / D conversion is suppressed. be able to. Thereby, also in the second embodiment, each latch circuit can hold the phase information of the corresponding phase clock at an accurate (same) timing as in the first embodiment, and the conventional SS + TDC A decrease in A / D conversion accuracy can be suppressed as compared with a type A / D conversion type A / D conversion circuit. Also in the column ADC type solid-state imaging device provided with the A / D conversion circuit of the second embodiment for each column of the pixel array unit, the pixel array unit of the pixel array unit is similar to the first embodiment. The A / D conversion accuracy for each column can be made uniform, and the overall image quality can be improved.
上述したように、第1の実施形態のA/D変換回路30および本第2の実施形態のA/D変換回路31に備えた信号生成部302は、第1のバッファBUFF1と第2のバッファBUFF2との2つのバッファ回路の構成によって、タイムインターバルが終了するタイミングを異なる時間だけ遅延させて、タイムインターバルが終了する瞬間のタイミングを定めている。つまり、従来のディレイラインでは、ディレイライン内で直列に連結された複数のINV回路のそれぞれが、ほぼ同時に論理を切り替える動作をすることによって、タイムインターバルが終了するタイミングを遅らせていたのに対して、信号生成部302では、一般的に2つのINV回路で構成されるバッファ回路を2つ用いることによって、従来のディレイラインと同様に、タイムインターバルが終了するタイミングを遅らせている。より具体的には、第1のバッファBUFF1および第2のバッファBUFF2のそれぞれが、比較結果信号CO−0に応じて第1のタイミング信号CO−1および第2のタイミング信号CO−2のそれぞれの論理を切り替えるタイミングを遅らせている(図3および図5参照)。
As described above, the
<信号生成部の第1の構成例>
ここで、第1の実施形態のA/D変換回路30および本第2の実施形態のA/D変換回路31に備えた信号生成部302のより具体的な構成の一例について説明する。なお、信号生成部302は、第1の実施形態のA/D変換回路30または本第2の実施形態のA/D変換回路31のいずれのA/D変換回路に備えた場合でも、同じ構成および動作である。従って、以下の説明においては、信号生成部302が、第1の実施形態のA/D変換回路30に備えられているものとして説明する。
<First Configuration Example of Signal Generation Unit>
Here, an example of a more specific configuration of the
図6は、本第1の実施形態のA/D変換回路30に備えた信号生成部302の第1の構成を示した回路図である。なお、図6には、本第1の構成の信号生成部302に比較結果信号CO−0を出力する比較部301も併せて示している。図6に示した本第1の構成の信号生成部302の構成は、第1のバッファBUFF1の電源電圧と第2のバッファBUFF2の電源電圧とを異なる電圧にすることによって、比較部301から入力された比較結果信号CO−0を遅延させる時間を異なる時間にする構成である。
FIG. 6 is a circuit diagram showing a first configuration of the
本第1の構成の信号生成部302において、第1のバッファBUFF1は、PチャンネルMOSトランジスタPMOS1−1とNチャンネルMOSトランジスタNMOS1−1とから構成される前段のINV回路INV1−1と、PチャンネルMOSトランジスタPMOS1−2とNチャンネルMOSトランジスタNMOS1−2とから構成される後段のINV回路INV1−2とから構成される。
In the
第1のバッファBUFF1において、PチャンネルMOSトランジスタPMOS1−1は、ゲート端子が比較結果信号CO−0の入力端子に、ソース端子が電源VCC1に、ドレイン端子がNチャンネルMOSトランジスタNMOS1−1のドレイン端子、PチャンネルMOSトランジスタPMOS1−2のゲート端子、およびNチャンネルMOSトランジスタNMOS1−2のゲート端子に、それぞれ接続されている。また、NチャンネルMOSトランジスタNMOS1−1は、ゲート端子が比較結果信号CO−0の入力端子に、ソース端子がグラウンドGNDに、それぞれ接続されている。また、PチャンネルMOSトランジスタPMOS1−2は、ソース端子が電源VCC1に、ドレイン端子がNチャンネルMOSトランジスタNMOS1−2のドレイン端子および第1のタイミング信号CO−1の出力端子に、それぞれ接続されている。また、NチャンネルMOSトランジスタNMOS1−2は、ソース端子がグラウンドGNDに、ドレイン端子が第1のタイミング信号CO−1の出力端子に、それぞれ接続されている。 In the first buffer BUFF1, the P-channel MOS transistor PMOS1-1 has a gate terminal as an input terminal for the comparison result signal CO-0, a source terminal as the power supply VCC1, and a drain terminal as the drain terminal of the N-channel MOS transistor NMOS1-1. Are connected to the gate terminal of the P-channel MOS transistor PMOS1-2 and to the gate terminal of the N-channel MOS transistor NMOS1-2, respectively. The N-channel MOS transistor NMOS1-1 has a gate terminal connected to the input terminal of the comparison result signal CO-0 and a source terminal connected to the ground GND. The P-channel MOS transistor PMOS1-2 has a source terminal connected to the power supply VCC1, and a drain terminal connected to the drain terminal of the N-channel MOS transistor NMOS1-2 and the output terminal of the first timing signal CO-1. . The N-channel MOS transistor NMOS1-2 has a source terminal connected to the ground GND and a drain terminal connected to the output terminal of the first timing signal CO-1.
また、本第1の構成の信号生成部302において、第2のバッファBUFF2は、PチャンネルMOSトランジスタPMOS2−1とNチャンネルMOSトランジスタNMOS2−1とから構成される前段のINV回路INV2−1と、PチャンネルMOSトランジスタPMOS2−2とNチャンネルMOSトランジスタNMOS2−2とから構成される後段のINV回路INV2−2とから構成される。
In the
第2のバッファBUFF2において、PチャンネルMOSトランジスタPMOS2−1は、ゲート端子が比較結果信号CO−0の入力端子に、ソース端子が電源VCC2に、ドレイン端子がNチャンネルMOSトランジスタNMOS2−1のドレイン端子、PチャンネルMOSトランジスタPMOS2−2のゲート端子、およびNチャンネルMOSトランジスタNMOS2−2のゲート端子に、それぞれ接続されている。また、NチャンネルMOSトランジスタNMOS2−1は、ゲート端子が比較結果信号CO−0の入力端子に、ソース端子がグラウンドGNDに、それぞれ接続されている。また、PチャンネルMOSトランジスタPMOS2−2は、ソース端子が電源VCC2に、ドレイン端子がNチャンネルMOSトランジスタNMOS2−2のドレイン端子および第2のタイミング信号CO−2の出力端子に、それぞれ接続されている。また、NチャンネルMOSトランジスタNMOS2−2は、ソース端子がグラウンドGNDに、ドレイン端子が第2のタイミング信号CO−2の出力端子に、それぞれ接続されている。 In the second buffer BUFF2, the P-channel MOS transistor PMOS2-1 has a gate terminal as the input terminal for the comparison result signal CO-0, a source terminal as the power supply VCC2, and a drain terminal as the drain terminal of the N-channel MOS transistor NMOS2-1. Are connected to the gate terminal of the P-channel MOS transistor PMOS2-2 and the gate terminal of the N-channel MOS transistor NMOS2-2, respectively. The N-channel MOS transistor NMOS2-1 has a gate terminal connected to the input terminal for the comparison result signal CO-0 and a source terminal connected to the ground GND. The P-channel MOS transistor PMOS2-2 has a source terminal connected to the power supply VCC2, and a drain terminal connected to the drain terminal of the N-channel MOS transistor NMOS2-2 and the output terminal of the second timing signal CO-2. . The N-channel MOS transistor NMOS2-2 has a source terminal connected to the ground GND and a drain terminal connected to the output terminal of the second timing signal CO-2.
このように、本第1の構成の信号生成部302では、第1のバッファBUFF1を構成する前段のINV回路INV1−1および後段のINV回路INV1−2の電源として電源VCC1を用い、第2のバッファBUFF2を構成する前段のINV回路INV2−1および後段のINV回路INV2−2の電源として電源VCC2を用いる。なお、電源VCC1の電圧は、電源VCC2の電圧よりも低い電圧である。これにより、INV回路INV1−1およびINV回路INV1−2が、入力された信号の論理を切り替える閾値電圧と、INV回路INV2−1およびINV回路INV2−2が、入力された信号の論理を切り替える閾値電圧とが、異なる電圧になる。つまり、第1のバッファBUFF1と第2のバッファBUFF2とは、異なる電圧で論理を切り替えることになる。このことにより、第1のバッファBUFF1が出力する第1のタイミング信号CO−1の論理が先に切り替わり、その後、第2のバッファBUFF2が出力する第2のタイミング信号CO−2の論理が切り替わることになる。
As described above, in the
より具体的には、比較部301から比較結果信号CO−0が入力されると、まず、第1のバッファBUFF1に入力された比較結果信号CO−0の電圧が、INV回路INV1−1が論理を切り替える閾値電圧となったときに、入力された比較結果信号CO−0の論理を切り替えた第1のタイミング信号CO−1−subをINV回路INV1−1が出力する。そして、この第1のタイミング信号CO−1−subの電圧が、INV回路INV1−2が論理を切り替える閾値電圧となったときに、入力された第1のタイミング信号CO−1−subの論理を切り替えた第1のタイミング信号CO−1をINV回路INV1−2が出力する。その後、比較結果信号CO−0の電圧がさらに増加し、第2のバッファBUFF2に入力された比較結果信号CO−0の電圧が、INV回路INV2−1が論理を切り替える閾値電圧となったときに、入力された比較結果信号CO−0の論理を切り替えた第2のタイミング信号CO−2−subをINV回路INV2−1が出力する。そして、この第2のタイミング信号CO−2−subの電圧が、INV回路INV2−2が論理を切り替える閾値電圧となったときに、入力された第2のタイミング信号CO−2−subの論理を切り替えた第2のタイミング信号CO−2をINV回路INV2−2が出力する。
More specifically, when the comparison result signal CO-0 is input from the
このように、本第1の構成の信号生成部302では、第1のバッファBUFF1と第2のバッファBUFF2とのそれぞれが、入力された比較結果信号CO−0の論理を、異なる閾値電圧で切り替えた第1のタイミング信号CO−1および第2のタイミング信号CO−2を出力する。これにより、ラッチ部303は、タイムインターバルが終了する瞬間のタイミングを定めることができる。
As described above, in the
なお、図6に示したように、本第1の構成の信号生成部302に比較結果信号CO−0を出力する比較部301に備えた比較器COMPの電源は、電源VCC2である。これは、比較器COMPが、グラウンドGNDの電圧から電源VCC2の電圧まで増加する比較結果信号CO−0を、本第1の構成の信号生成部302に出力するようにするためである。
As shown in FIG. 6, the power source of the comparator COMP included in the
本信号生成部の第1の構成例によれば、第1のバッファBUFF1は、第1のタイミング信号CO−1の論理状態を切り替える第1の閾値電圧が、第1の中間電圧に予め定められた第1のトランジスタ回路(INV回路INV1−1とINV回路INV1−2)、を備え、第2のバッファBUFF2は、第2のタイミング信号CO−2の論理状態を切り替える第2の閾値電圧が、第2の中間電圧に予め定められた第2のトランジスタ回路(INV回路INV2−1とINV回路INV2−2)、を備え、INV回路INV1−1とINV回路INV1−2の電源電圧と、INV回路INV2−1とINV回路INV2−2の電源電圧とは、異なる電圧であるA/D変換回路30が構成される。
According to the first configuration example of the signal generation unit, the first buffer BUFF1 has the first threshold voltage for switching the logic state of the first timing signal CO-1 set in advance as the first intermediate voltage. The first transistor circuit (INV circuit INV1-1 and INV circuit INV1-2), and the second buffer BUFF2 has a second threshold voltage for switching the logic state of the second timing signal CO-2. A second transistor circuit (INV circuit INV2-1 and INV circuit INV2-2) predetermined for the second intermediate voltage, the power supply voltage of the INV circuit INV1-1 and INV circuit INV1-2, and the INV circuit The A /
このような構成によって、本第1の構成の信号生成部302では、従来のSS+TDC型A/D変換方式のA/D変換回路においてディレイラインで構成していたタイムインターバルが終了するタイミングを遅延させる構成を、第1のバッファBUFF1と第2のバッファBUFF2との2つのバッファ回路で実現している。
With such a configuration, the
次に、本第1の構成の信号生成部302の動作について説明する。図7は、本第1の構成の信号生成部302の動作タイミングを示したタイミングチャートである。なお、図7でも、説明を容易にするため、タイムインターバルが終了する瞬間のタイミングの時間軸を長くしたタイミングチャートを示している。
Next, the operation of the
なお、以下の説明においては、電源VCC1の電圧が電源VCC2の電圧よりも低い電圧である。すなわち、電源VCC1の電圧と電源VCC2の電圧との関係が、VCC1<VCC2の関係であるものとして説明する。また、第1のバッファBUFF1および第2のバッファBUFF2とのそれぞれに備えたそれぞれのINV回路は、入力された電源電圧の1/2の電圧が閾値電圧である、すなわち、入力された信号の電圧が、電源電圧の1/2の電圧となったときに、入力された信号の論理の切り替え(反転)を行うものとして説明する。 In the following description, the voltage of the power supply VCC1 is lower than the voltage of the power supply VCC2. That is, the relationship between the voltage of the power supply VCC1 and the voltage of the power supply VCC2 will be described as the relationship VCC1 <VCC2. In addition, each INV circuit provided in each of the first buffer BUFF1 and the second buffer BUFF2 has a threshold voltage that is ½ of the input power supply voltage, that is, the voltage of the input signal. However, description will be made on the assumption that the logic of the input signal is switched (inverted) when the voltage becomes ½ of the power supply voltage.
A/D変換回路30が、時刻t1からA/D変換を開始すると、比較部301内の比較器COMPは、入力信号Vin1(画素信号Signal)と、入力信号Vin2(ランプ波Ramp)との比較を開始する。
When the A /
このとき、本第1の構成の信号生成部302内の第1のバッファBUFF1を構成する前段のINV回路INV1−1と、第2のバッファBUFF2を構成する前段のINV回路INV2−1とに入力される比較結果信号CO−0は、“Low”レベルである。従って、第1のバッファBUFF1を構成する後段のINV回路INV1−2が出力する第1のタイミング信号CO−1と、第2のバッファBUFF2を構成する後段のINV回路INV2−2が出力する第2のタイミング信号CO−2とのそれぞれは“Low”レベルである。つまり、INV回路INV1−1が“High”レベルの第1のタイミング信号CO−1−subを、INV回路INV1−2に出力し、INV回路INV1−2が“Low”レベルの第1のタイミング信号CO−1を出力する。また、INV回路INV2−1が“High”レベルの第2のタイミング信号CO−2−subを、INV回路INV2−2に出力し、INV回路INV2−2が“Low”レベルの第2のタイミング信号CO−2を出力する。
At this time, an input is made to the preceding INV circuit INV1-1 constituting the first buffer BUFF1 and the preceding INV circuit INV2-1 constituting the second buffer BUFF2 in the
その後、比較器COMPは、入力信号Vin2の電圧と入力信号Vin1の電圧との大小関係が一致した時刻t2のときから、つまり、タイムインターバルが終了するタイミングのときから、第1の基準電圧(グラウンドGNDの電圧)から第2の基準電圧(電源VCC2の電圧)まで時間に対して一定の割合で増加する比較結果信号CO−0の出力を開始する。 Thereafter, the comparator COMP starts from the time t2 when the magnitude relationship between the voltage of the input signal Vin2 and the voltage of the input signal Vin1 coincides, that is, from the timing when the time interval ends, from the first reference voltage (ground). The output of the comparison result signal CO-0 that increases at a constant rate with respect to time from the voltage of GND) to the second reference voltage (voltage of the power supply VCC2) is started.
その後、第1のバッファBUFF1を構成する前段のINV回路INV1−1は、入力された比較結果信号CO−0の電圧が閾値電圧(電源VCC1の電圧の1/2の電圧=VCC1/2)である第1の中間電圧になった時刻t3のときに、“Low”レベルの第1のタイミング信号CO−1−subを、後段のINV回路INV1−2に出力する。これにより、後段のINV回路INV1−2は、“High”レベルの第1のタイミング信号CO−1を出力する。 Thereafter, in the preceding stage INV circuit INV1-1 constituting the first buffer BUFF1, the voltage of the inputted comparison result signal CO-0 is the threshold voltage (voltage of 1/2 of the voltage of the power supply VCC1 = VCC1 / 2). At time t3 when the voltage reaches a certain first intermediate voltage, the first timing signal CO-1-sub at the “Low” level is output to the subsequent INV circuit INV1-2. As a result, the INV circuits INV1-2 at the subsequent stage output the first timing signal CO-1 at the “High” level.
その後、第2のバッファBUFF2を構成する前段のINV回路INV2−1は、入力された比較結果信号CO−0の電圧が閾値電圧(電源VCC2の電圧の1/2の電圧=VCC2/2)である第2の中間電圧になった時刻t4のときに、“Low”レベルの第2のタイミング信号CO−2−subを、後段のINV回路INV2−2に出力する。これにより、後段のINV回路INV2−2は、“High”レベルの第2のタイミング信号CO−2を出力する。 Thereafter, in the preceding stage INV circuit INV2-1 constituting the second buffer BUFF2, the voltage of the input comparison result signal CO-0 is the threshold voltage (1/2 voltage of the power supply VCC2 = VCC2 / 2). At time t4 when a certain second intermediate voltage is reached, the “Low” level second timing signal CO-2-sub is output to the subsequent INV circuit INV2-2. As a result, the subsequent INV circuit INV2-2 outputs the second timing signal CO-2 at "High" level.
このような動作によって、本第1の構成の信号生成部302に備えた第1のバッファBUFF1は、入力された比較結果信号CO−0を、比較器COMPが比較結果信号CO−0の出力を開始した時刻t2から、比較結果信号CO−0の電圧が閾値電圧(第1の中間電圧)になった時刻t3まで遅延させた第1のタイミング信号CO−1を出力する。つまり、第1のバッファBUFF1は、比較結果信号CO−0の論理が切り替わるタイミングを、時刻t2から時刻t3まで遅らせる。また、本第1の構成の信号生成部302に備えた第2のバッファBUFF2は、入力された比較結果信号CO−0を、比較器COMPが比較結果信号CO−0の出力を開始した時刻t2から、比較結果信号CO−0の電圧が閾値電圧(第2の中間電圧)になった時刻t4まで遅延させた第2のタイミング信号CO−2を出力する。つまり、第2のバッファBUFF2は、比較結果信号CO−0の論理が切り替わるタイミングを、時刻t2から時刻t4まで遅らせる。
By such an operation, the first buffer BUFF1 provided in the
<信号生成部の第2の構成例>
次に、第1の実施形態のA/D変換回路30および本第2の実施形態のA/D変換回路31に備えた信号生成部302のより具体的な別の構成の一例について説明する。なお、以下の説明においても、信号生成部302が、第1の実施形態のA/D変換回路30に備えられているものとして説明する。
<Second Configuration Example of Signal Generation Unit>
Next, an example of another specific configuration of the
図8は、本第1の実施形態のA/D変換回路30に備えた信号生成部302の第2の構成を示した回路図である。なお、図8には、本第2の構成の信号生成部302に比較結果信号CO−0を出力する比較部301も併せて示している。図8に示した本第2の構成の信号生成部302の構成は、第1のバッファBUFF1を構成するそれぞれのトランジスタのサイズと、第2のバッファBUFF2を構成するそれぞれのトランジスタのサイズとを異なるサイズにすることによって、比較部301から入力された比較結果信号CO−0を遅延させる時間を異なる時間にする構成である。
FIG. 8 is a circuit diagram showing a second configuration of the
本第2の構成の信号生成部302において、第1のバッファBUFF1は、第1の構成の信号生成部302における第1のバッファBUFF1と同様に、PチャンネルMOSトランジスタPMOS1−1とNチャンネルMOSトランジスタNMOS1−1とから構成される前段のINV回路INV1−1と、PチャンネルMOSトランジスタPMOS1−2とNチャンネルMOSトランジスタNMOS1−2とから構成される後段のINV回路INV1−2とから構成される。
In the
本第2の構成の信号生成部302の第1のバッファBUFF1では、第1の構成の信号生成部302における第1のバッファBUFF1において、PチャンネルMOSトランジスタPMOS1−1のソース端子、およびPチャンネルMOSトランジスタPMOS1−2のソース端子に接続されていた電源VCC1が、電源VCCに代わっている。なお、本第2の構成の信号生成部302の第1のバッファBUFF1を構成するそれぞれのトランジスタにおけるその他の端子の接続は、第1の構成の信号生成部302における第1のバッファBUFF1と同様であるため、詳細な説明は省略する。
In the first buffer BUFF1 of the
また、本第2の構成の信号生成部302において、第2のバッファBUFF2は、第1の構成の信号生成部302における第2のバッファBUFF2と同様に、PチャンネルMOSトランジスタPMOS2−1とNチャンネルMOSトランジスタNMOS2−1とから構成される前段のINV回路INV2−1と、PチャンネルMOSトランジスタPMOS2−2とNチャンネルMOSトランジスタNMOS2−2とから構成される後段のINV回路INV2−2とから構成される。
Further, in the
本第2の構成の信号生成部302の第2のバッファBUFF2では、第1の構成の信号生成部302における第2のバッファBUFF2において、PチャンネルMOSトランジスタPMOS1−1のソース端子、およびPチャンネルMOSトランジスタPMOS1−2のソース端子に接続されていた電源VCC2が、電源VCCに代わっている。なお、本第2の構成の信号生成部302の第2のバッファBUFF2を構成するそれぞれのトランジスタにおけるその他の端子の接続は、第1の構成の信号生成部302における第2のバッファBUFF2と同様であるため、詳細な説明は省略する。
In the second buffer BUFF2 of the
このように、本第2の構成の信号生成部302では、第1のバッファBUFF1を構成する前段のINV回路INV1−1および後段のINV回路INV1−2と、第2のバッファBUFF2を構成する前段のINV回路INV2−1および後段のINV回路INV2−2との電源として電源VCCを用いる。すなわち、本第2の構成の信号生成部302では、全てのINV回路の電源として、同じ電源VCCを用いる。なお、図8に示したように、本第2の構成の信号生成部302に比較結果信号CO−0を出力する比較部301に備えた比較器COMPの電源は、電源VCCである。このため、比較器COMPは、グラウンドGNDの電圧から電源VCCの電圧まで増加する比較結果信号CO−0を、本第2の構成の信号生成部302に出力することになる。
As described above, in the
そこで、本第2の構成の信号生成部302では、第1のバッファBUFF1が出力する第1のタイミング信号CO−1の論理を先に切り替え、その後、第2のバッファBUFF2が出力する第2のタイミング信号CO−2の論理を切り替えるようにするため、第1のバッファBUFF1および第2のバッファBUFF2を構成するそれぞれのトランジスタのサイズを異なるサイズにする。つまり、第1のバッファBUFF1および第2のバッファBUFF2を構成するそれぞれのトランジスタのゲート幅Wとゲート長Lとから求められるL/W比を異なる大きさにすることによって、比較部301から入力された比較結果信号CO−0を遅延させる時間を異なる時間にする。
Therefore, in the
ここで、第1のバッファBUFF1および第2のバッファBUFF2を構成するそれぞれのトランジスタのゲート幅Wとゲート長Lとの関係について説明する。図9は、本第2の構成の信号生成部302におけるレイアウトの一例を示したレイアウト図である。図9(a)には、第1のバッファBUFF1を構成する前段のINV回路INV1−1のレイアウトの一例を示し、図9(b)には、第2のバッファBUFF2を構成する前段のINV回路INV2−1のレイアウトの一例を示している。
Here, the relationship between the gate width W and the gate length L of each of the transistors constituting the first buffer BUFF1 and the second buffer BUFF2 will be described. FIG. 9 is a layout diagram illustrating an example of a layout in the
まず、図9(a)を参照して、第1のバッファBUFF1について説明する。第1のバッファBUFF1を構成する前段のINV回路INV1−1は、上述したように、PチャンネルMOSトランジスタPMOS1−1とNチャンネルMOSトランジスタNMOS1−1とから構成される。本第2の構成の信号生成部302では、NチャンネルMOSトランジスタNMOS1−1のゲート幅W−NMOS1−1を広く、ゲート長L−NMOS1−1を短くする。また、PチャンネルMOSトランジスタPMOS1−1のゲート幅W−PMOS1−1を狭く、ゲート長L−PMOS1−1を長くする。つまり、NチャンネルMOSトランジスタNMOS1−1のL/W比を小さく、PチャンネルMOSトランジスタPMOS1−1のL/W比を大きくする。
First, the first buffer BUFF1 will be described with reference to FIG. As described above, the preceding stage INV circuit INV1-1 constituting the first buffer BUFF1 includes the P-channel MOS transistor PMOS1-1 and the N-channel MOS transistor NMOS1-1. In the
これにより、INV回路INV1−1は、NチャンネルMOSトランジスタNMOS1−1のゲートチャネル抵抗が小さく、PチャンネルMOSトランジスタPMOS1−1のゲートチャネル抵抗が大きくなる。このため、INV回路INV1−1が論理を切り替える閾値電圧が、INV回路INV1−1を構成するNチャンネルMOSトランジスタNMOS1−1のゲートチャネル抵抗とPチャンネルMOSトランジスタPMOS1−1のゲートチャネル抵抗とが等しい場合の閾値電圧(これは、電源電圧の1/2の電圧に相当する)よりも、低い電圧になる。これにより、INV回路INV1−1は、第1のバッファBUFF1に入力された比較結果信号CO−0の電圧が、電源VCCの電圧の1/2よりも低い電圧となったときに、入力された比較結果信号CO−0の論理を切り替えた(反転した)第1のタイミング信号CO−1−subを出力する動作をするようになる。つまり、INV回路INV1−1は、グラウンドGNDの電圧から電源VCCの電圧まで増加する比較結果信号CO−0の電圧が低い段階で動作をすることにより、比較結果信号CO−0を短い時間だけ遅延させることになる。 Thereby, in the INV circuit INV1-1, the gate channel resistance of the N-channel MOS transistor NMOS1-1 is small, and the gate channel resistance of the P-channel MOS transistor PMOS1-1 is large. Therefore, the threshold voltage at which the INV circuit INV1-1 switches logic is equal to the gate channel resistance of the N-channel MOS transistor NMOS1-1 and the gate channel resistance of the P-channel MOS transistor PMOS1-1 constituting the INV circuit INV1-1. In this case, the voltage is lower than the threshold voltage in this case (this corresponds to a voltage that is ½ of the power supply voltage). Thereby, the INV circuit INV1-1 is inputted when the voltage of the comparison result signal CO-0 inputted to the first buffer BUFF1 becomes lower than ½ of the voltage of the power supply VCC. An operation is performed to output the first timing signal CO-1-sub in which the logic of the comparison result signal CO-0 is switched (inverted). That is, the INV circuit INV1-1 delays the comparison result signal CO-0 by a short time by operating at a stage where the voltage of the comparison result signal CO-0 increasing from the voltage of the ground GND to the voltage of the power supply VCC is low. I will let you.
続いて、図9(b)を参照して、第2のバッファBUFF2について説明する。第2のバッファBUFF2を構成する前段のINV回路INV2−1は、上述したように、PチャンネルMOSトランジスタPMOS2−1とNチャンネルMOSトランジスタNMOS2−1とから構成される。本第2の構成の信号生成部302では、NチャンネルMOSトランジスタNMOS2−1のゲート幅W−NMOS2−1を狭く、ゲート長L−NMOS2−1を長くする。また、PチャンネルMOSトランジスタPMOS2−1のゲート幅W−PMOS2−1を広く、ゲート長L−PMOS2−1を短くする。つまり、NチャンネルMOSトランジスタNMOS2−1のL/W比を大きく、PチャンネルMOSトランジスタPMOS2−1のL/W比を小さくする。
Subsequently, the second buffer BUFF2 will be described with reference to FIG. As described above, the preceding stage INV circuit INV2-1 constituting the second buffer BUFF2 is composed of the P-channel MOS transistor PMOS2-1 and the N-channel MOS transistor NMOS2-1. In the
これにより、INV回路INV2−1は、NチャンネルMOSトランジスタNMOS2−1のゲートチャネル抵抗が大きく、PチャンネルMOSトランジスタPMOS2−1のゲートチャネル抵抗が小さくなる。このため、INV回路INV2−1が論理を切り替える閾値電圧が、INV回路INV2−1を構成するNチャンネルMOSトランジスタNMOS2−1のゲートチャネル抵抗とPチャンネルMOSトランジスタPMOS2−1のゲートチャネル抵抗とが等しい場合の閾値電圧(これも、電源電圧の1/2の電圧に相当する)よりも、高い電圧になる。これにより、INV回路INV2−1は、第2のバッファBUFF2に入力された比較結果信号CO−0の電圧が、電源VCCの電圧の1/2よりも高い電圧となったときに、入力された比較結果信号CO−0の論理を切り替えた(反転した)第2のタイミング信号CO−2−subを出力する動作をするようになる。つまり、INV回路INV2−1は、グラウンドGNDの電圧から電源VCCの電圧まで増加する比較結果信号CO−0の電圧が高くなってから動作をすることになり、比較結果信号CO−0を長い時間遅延させることになる。 Thereby, in the INV circuit INV2-1, the gate channel resistance of the N-channel MOS transistor NMOS2-1 is large, and the gate channel resistance of the P-channel MOS transistor PMOS2-1 is small. For this reason, the threshold voltage at which the INV circuit INV2-1 switches logic is equal to the gate channel resistance of the N-channel MOS transistor NMOS2-1 and the gate channel resistance of the P-channel MOS transistor PMOS2-1 constituting the INV circuit INV2-1. In this case, the voltage is higher than the threshold voltage (which also corresponds to a voltage half of the power supply voltage). Thus, the INV circuit INV2-1 is input when the voltage of the comparison result signal CO-0 input to the second buffer BUFF2 is higher than ½ of the voltage of the power supply VCC. An operation is performed to output a second timing signal CO-2-sub in which the logic of the comparison result signal CO-0 is switched (inverted). That is, the INV circuit INV2-1 operates after the voltage of the comparison result signal CO-0 that increases from the voltage of the ground GND to the voltage of the power supply VCC becomes high, and the comparison result signal CO-0 is output for a long time. Will be delayed.
このように、本第2の構成の信号生成部302では、第1のバッファBUFF1を構成する前段のINV回路INV1−1と、第2のバッファBUFF2を構成する前段のINV回路INV2−1とのそれぞれのトランジスタのサイズを異なるサイズにする。これにより、INV回路INV1−1が入力された信号の論理を切り替える閾値電圧と、INV回路INV2−1が入力された信号の論理を切り替える閾値電圧とが、異なる電圧になる。つまり、第1のバッファBUFF1と第2のバッファBUFF2とは、異なる電圧で論理を切り替えることになる。このことにより、本第2の構成の信号生成部302でも、第1の構成の信号生成部302と同様に、第1のバッファBUFF1が出力する第1のタイミング信号CO−1の論理が先に切り替わり、その後、第2のバッファBUFF2が出力する第2のタイミング信号CO−2の論理が切り替わることになる。
As described above, in the
なお、本第2の構成の信号生成部302では、第1のバッファBUFF1を構成する後段のINV回路INV1−2と、第2のバッファBUFF2を構成する後段のINV回路INV2−2とのそれぞれのトランジスタのサイズに関しては、特に規定しない。
In the
本信号生成部の第2の構成例によれば、第1のバッファBUFF1は、第1のタイミング信号CO−1の論理状態を切り替える第1の閾値電圧が、第1の中間電圧に予め定められた第1のトランジスタ回路(PチャンネルMOSトランジスタPMOS1−1とNチャンネルMOSトランジスタNMOS1−1とから構成される前段のINV回路INV1−1)、を備え、第2のバッファBUFF2は、第2のタイミング信号CO−2の論理状態を切り替える第2の閾値電圧が、第2の中間電圧に予め定められた第2のトランジスタ回路(PチャンネルMOSトランジスタPMOS2−1とNチャンネルMOSトランジスタNMOS2−1とから構成される前段のINV回路INV2−1)、を備え、INV回路INV1−1を構成するPチャンネルMOSトランジスタPMOS1−1およびNチャンネルMOSトランジスタNMOS1−1のL/W比と、INV回路INV2−1を構成するPチャンネルMOSトランジスタPMOS2−1およびNチャンネルMOSトランジスタNMOS2−1のL/W比とは、異なるL/W比であるA/D変換回路30が構成される。
According to the second configuration example of the signal generation unit, the first buffer BUFF1 has the first threshold voltage for switching the logic state of the first timing signal CO-1 set in advance as the first intermediate voltage. In addition, the first buffer circuit (the preceding INV circuit INV1-1 composed of the P-channel MOS transistor PMOS1-1 and the N-channel MOS transistor NMOS1-1) is provided, and the second buffer BUFF2 has a second timing. The second threshold voltage for switching the logic state of the signal CO-2 is configured by a second transistor circuit (a P-channel MOS transistor PMOS2-1 and an N-channel MOS transistor NMOS2-1, which is predetermined as a second intermediate voltage). The first stage INV circuit INV2-1), and the P channel constituting the INV circuit INV1-1. The L / W ratio of the N-channel MOS transistor PMOS1-1 and the N-channel MOS transistor NMOS1-1 and the L / W ratio of the P-channel MOS transistor PMOS2-1 and the N-channel MOS transistor NMOS2-1 constituting the INV circuit INV2-1 Are configured with A /
このような構成によって、本第2の構成の信号生成部302では、従来のSS+TDC型A/D変換方式のA/D変換回路においてディレイラインで構成していたタイムインターバルが終了するタイミングを遅延させる構成を、第1のバッファBUFF1と第2のバッファBUFF2との2つのバッファ回路で実現している。なお、本第2の構成の信号生成部302の動作は、第1の構成の信号生成部302の動作と同様に考えることができるため、詳細な説明は省略する。
With this configuration, the
なお、本第2の構成の信号生成部302では、第1のバッファBUFF1を構成する前段のINV回路INV1−1と、第2のバッファBUFF2を構成する前段のINV回路INV2−1とのそれぞれのトランジスタのサイズを異なるサイズにすることによって、比較部301から入力された比較結果信号CO−0を遅延させる時間を異なる時間にする構成を示した。つまり、それぞれのバッファ回路を構成する前段のINV回路のトランジスタのサイズを変更する場合について説明した。しかし、さらに、第1のバッファBUFF1を構成する後段のINV回路INV1−2と、第2のバッファBUFF2を構成する後段のINV回路INV2−2とのそれぞれのトランジスタ、つまり、それぞれのバッファ回路を構成する前段のINV回路に加えて、後段のINV回路のトランジスタのサイズも異なるサイズにすることによって、比較結果信号CO−0を遅延させる時間を異なる時間にする構成にしてもよい。
In the
また、第1の構成の信号生成部302では、それぞれのバッファ回路の電源電圧を異なる電圧にし、第2の構成の信号生成部302では、それぞれのバッファ回路を構成するトランジスタのサイズを異なる大きさにすることによって、比較結果信号CO−0を遅延させる時間を異なる時間にする構成を示したが、比較結果信号CO−0を遅延させる時間を異なる時間にする構成は、第1の構成または第2の構成に限定されるものではない。例えば、それぞれのバッファ回路の電源電圧とトランジスタのサイズとを変更する、つまり、第1の構成の考え方と第2の構成の考え方とを合わせた構成によって、比較結果信号CO−0を遅延させる時間を異なる時間にすることもできる。
In the
本信号生成部の構成例によれば、第1のバッファBUFF1は、第1のタイミング信号CO−1の論理状態を切り替える第1の閾値電圧が、第1の中間電圧に予め定められた第1のトランジスタ回路(PチャンネルMOSトランジスタPMOS1−1とNチャンネルMOSトランジスタNMOS1−1とから構成される前段のINV回路INV1−1と、PチャンネルMOSトランジスタPMOS1−2とNチャンネルMOSトランジスタNMOS1−2とから構成される後段のINV回路INV1−2)、を備え、第2のバッファBUFF2は、第2のタイミング信号CO−2の論理状態を切り替える第2の閾値電圧が、第2の中間電圧に予め定められた第2のトランジスタ回路(PチャンネルMOSトランジスタPMOS2−1とNチャンネルMOSトランジスタNMOS2−1とから構成される前段のINV回路INV2−1と、PチャンネルMOSトランジスタPMOS2−2とNチャンネルMOSトランジスタNMOS2−2とから構成される後段のINV回路INV2−2)、を備え、INV回路INV1−1とINV回路INV1−2の電源電圧と、INV回路INV2−1とINV回路INV2−2の電源電圧とは、異なる電圧であり、さらに、INV回路INV1−1を構成するPチャンネルMOSトランジスタPMOS1−1およびNチャンネルMOSトランジスタNMOS1−1のL/W比と、INV回路INV2−1を構成するPチャンネルMOSトランジスタPMOS2−1およびNチャンネルMOSトランジスタNMOS2−1のL/W比とは、異なるL/W比であるA/D変換回路30が構成される。
According to the configuration example of the signal generation unit, the first buffer BUFF1 has a first threshold voltage at which the first threshold voltage for switching the logic state of the first timing signal CO-1 is predetermined as the first intermediate voltage. Transistor circuit (from the preceding stage INV circuit INV1-1 composed of P channel MOS transistor PMOS1-1 and N channel MOS transistor NMOS1-1, P channel MOS transistor PMOS1-2 and N channel MOS transistor NMOS1-2) The second buffer BUFF2 has a second threshold voltage for switching the logic state of the second timing signal CO-2 determined in advance as the second intermediate voltage. Second transistor circuit (P-channel MOS transistor PMOS2-1 and N-channel A first-stage INV circuit INV2-1 composed of a channel MOS transistor NMOS2-1, and a second-stage INV circuit INV2-2) composed of a P-channel MOS transistor PMOS2-2 and an N-channel MOS transistor NMOS2-2. The power supply voltage of the INV circuit INV1-1 and INV circuit INV1-2 is different from the power supply voltage of the INV circuit INV2-1 and INV circuit INV2-2, and further constitutes the INV circuit INV1-1. L / W ratio of P channel MOS transistor PMOS1-1 and N channel MOS transistor NMOS1-1, and L / W ratio of P channel MOS transistor PMOS2-1 and N channel MOS transistor NMOS2-1 constituting INV circuit INV2-1 Different from A /
本実施形態によれば、入射した光量に応じた画素信号を出力する画素(画素101)が、二次元の行列状に複数配置された画素アレイ部(画素アレイ部10)と、画素アレイ部10に配置された画素101の1列毎または複数列毎に配置され、対応する列の画素信号(画素信号Signal)を変換対象の信号としてアナログデジタル変換する複数のA/D変換回路30(またはA/D変換回路31)と、を備え、A/D変換回路30(またはA/D変換回路31)のランプ信号生成部(ランプ信号生成部41)と位相信号生成部(位相信号生成部43)とのそれぞれは、全てのA/D変換回路30(またはA/D変換回路31)に共通して1つ配置される、固体撮像装置(固体撮像装置1)が構成される。 According to the present embodiment, a pixel array unit (pixel array unit 10) in which a plurality of pixels (pixels 101) that output pixel signals according to the amount of incident light are arranged in a two-dimensional matrix, and the pixel array unit 10 A plurality of A / D conversion circuits 30 (or A / D conversion circuits 30) that perform analog-to-digital conversion on a pixel signal (pixel signal Signal) in a corresponding column as a signal to be converted. / D conversion circuit 31), and a ramp signal generation unit (ramp signal generation unit 41) and phase signal generation unit (phase signal generation unit 43) of the A / D conversion circuit 30 (or A / D conversion circuit 31). Are configured in common with all the A / D conversion circuits 30 (or A / D conversion circuits 31), and constitute a solid-state imaging device (solid-state imaging device 1).
上記に述べたとおり、本発明を実施するための形態によれば、A/D変換回路に備えられ、A/D変換の分解能を向上させるために複数の位相クロックの位相情報をラッチするラッチ部が、位相情報のラッチを開始するタイミングと完了(停止)するタイミングとを表す時間差を持ったタイミング信号を、動作する閾値電圧が異なる2つの論理回路(実施形態においてはバッファ回路、またはバッファ回路を構成するINV回路)によって生成する。これにより、本発明を実施するための形態では、従来のA/D変換回路において用いていた、複数のバッファ回路やINV回路で構成される遅延回路(ディレイライン)を動作させる必要がなく、ラッチ部が位相情報をラッチする動作のために必要な予め定めた期間を定めることができる。より具体的には、閾値電圧が低い論理回路の動作に応じて位相クロックの位相情報のラッチを開始し、閾値電圧が高い論理回路の動作に応じて位相クロックの位相情報のラッチを完了(停止)して保持するように、ラッチ部に備えたそれぞれのラッチ回路が対応する位相クロックの位相情報をラッチする動作をする、瞬間のタイミングを定めることができる。このことにより、本発明を実施するための形態のA/D変換回路を、画素アレイ部に配置された画素の列(カラム)毎に備えた固体撮像装置では、それぞれのA/D変換回路内のラッチ部に備えたそれぞれのラッチ回路が、対応する位相クロックの位相情報を正確な(同じ)タイミングでラッチすることができ、従来のA/D変換回路を画素の列(カラム)毎に備えた固体撮像装置よりも、A/D変換精度の低下を抑えることができる。 As described above, according to the mode for carrying out the present invention, the latch unit is provided in the A / D conversion circuit and latches phase information of a plurality of phase clocks in order to improve the resolution of A / D conversion. However, a timing signal having a time difference indicating the timing at which the phase information latch is started and the timing at which the phase information is latched (stopped) is converted into two logic circuits having different threshold voltages to operate (in the embodiment, a buffer circuit or a buffer circuit) Generated by the INV circuit). As a result, in the embodiment for carrying out the present invention, there is no need to operate a delay circuit (delay line) composed of a plurality of buffer circuits and INV circuits, which has been used in the conventional A / D conversion circuit, and the latch. A predetermined period required for the operation in which the unit latches the phase information can be determined. More specifically, the latching of phase information of the phase clock is started according to the operation of the logic circuit having a low threshold voltage, and the latching of the phase information of the phase clock is completed (stopped) according to the operation of the logic circuit having a high threshold voltage. The timing of the moment when each latch circuit provided in the latch unit performs the operation of latching the phase information of the corresponding phase clock can be determined. Thus, in the solid-state imaging device provided with the A / D conversion circuit according to the embodiment of the present invention for each column (column) of the pixels arranged in the pixel array unit, each A / D conversion circuit includes Each latch circuit included in each latch unit can latch the phase information of the corresponding phase clock at an accurate (same) timing, and a conventional A / D conversion circuit is provided for each pixel column. As compared with the solid-state imaging device, it is possible to suppress a decrease in A / D conversion accuracy.
また、本発明を実施するための形態では、ラッチ回路が位相情報を保持する瞬間のタイミングを定めるための信号を、従来の遅延回路よりも少ない構成要素で生成する。このため、従来のA/D変換回路を画素の列(カラム)毎に備えた固体撮像装置であれば、遅延回路の動作に伴って電源電圧およびグラウンド電圧に過渡的なバウンスが発生するような状況が起こった場合でも、本発明を実施するための形態のA/D変換回路を画素の列(カラム)毎に備えた固体撮像装置では、バウンスが発生する要因が少ない。これにより、本発明を実施するための形態のA/D変換回路を画素の列(カラム)毎に備えた固体撮像装置では、それぞれの列毎にA/D変換精度が異なってしまうことがなく、それぞれの列毎のA/D変換精度を均一にして、全体の画質の低下を抑えることができる。 In the embodiment for carrying out the present invention, a signal for determining the timing of the moment when the latch circuit holds the phase information is generated with fewer components than the conventional delay circuit. For this reason, in a solid-state imaging device provided with a conventional A / D conversion circuit for each column of pixels, a transient bounce occurs in the power supply voltage and the ground voltage with the operation of the delay circuit. Even when the situation occurs, the solid-state imaging device provided with the A / D conversion circuit according to the embodiment of the present invention for each column of pixels has few factors causing the bounce. Thereby, in the solid-state imaging device provided with the A / D conversion circuit of the form for carrying out the present invention for each column (column) of pixels, the A / D conversion accuracy does not differ for each column. , A / D conversion accuracy for each column can be made uniform, and deterioration of the overall image quality can be suppressed.
なお、本実施形態においては、ランプ信号生成部41が、時間に対して一定の割合で電圧が単調減少するランプ波Rampを生成する場合について説明した。しかし、ランプ信号生成部41が生成するランプ波Rampは、本実施形態に限定されるものではない。例えば、ランプ信号生成部41が、A/D変換を開始するタイミングから、時間に対して一定の割合で電圧が単調増加するランプ波Rampを生成する構成にすることもできる。この場合には、本発明と同様の考え方に基づいて、対応するそれぞれの構成要素(比較部301に備えた比較器COMP)の構成や動作を変更することによって、同様の効果を得ることができる。
In the present embodiment, the case where the ramp
また、本実施形態においては、比較部301に備えた比較器COMPが、時間に対して一定の割合で第1の基準電圧から第2の基準電圧まで増加する比較結果信号CO−0を出力する場合について説明した。しかし、比較器COMPが出力する比較結果信号CO−0は、本実施形態に限定されるものではない。例えば、比較器COMPが、入力信号Vin2の電圧と入力信号Vin1の電圧との大小関係が一致したとき、すなわち、タイムインターバルが終了するタイミングから、時間に対して一定の割合で第1の基準電圧から第2の基準電圧まで減少する比較結果信号CO−0を出力する構成にすることもできる。この場合にも、本発明と同様の考え方に基づいて、対応するそれぞれの構成要素の構成や動作を変更する。
In the present embodiment, the comparator COMP included in the
例えば、図8に示した第2の構成の信号生成部302において、第1のバッファBUFF1を構成する前段のINV回路INV1−1の、NチャンネルMOSトランジスタNMOS1−1のL/W比を大きく、PチャンネルMOSトランジスタPMOS1−1のL/W比を小さくする。また、第2のバッファBUFF2を構成する前段のINV回路INV2−1の、NチャンネルMOSトランジスタNMOS2−1のL/W比を小さく、PチャンネルMOSトランジスタPMOS2−1のL/W比を大きくする。これにより、INV回路INV1−1は、電源VCCの電圧からグラウンドGNDの電圧まで減少する比較結果信号CO−0の電圧が高い段階で動作して、比較結果信号CO−0を短い時間だけ遅延させ、INV回路INV2−1は、比較結果信号CO−0の電圧が低くなってから動作して、比較結果信号CO−0を長い時間遅延させることができる。この構成であっても、本発明と同様の効果を得ることができる。
For example, in the
なお、本発明のA/D変換回路は、固体撮像装置内の画素アレイ部に配置された画素の列(カラム)毎に備える場合に有効である。このため、本実施形態においては、本発明のA/D変換回路は、固体撮像装置に適用した場合について説明した。しかし、本発明のA/D変換回路の用途、すなわち、本発明のA/D変換回路を適用することができるシステムは、本実施形態に限定されるものではない。例えば、本発明のA/D変換回路を単体で使用するシステムであっても、本発明のA/D変換回路の単体を複数搭載するシステムであっても、位相情報を取得することによって分解能を向上させることができるという効果と、A/D変換精度の低下を抑えることができるという効果とを両立することができる本発明のA/D変換回路の効果は、従来のA/D変換回路よりも優位性が高い。 The A / D conversion circuit of the present invention is effective when provided for each column of pixels arranged in the pixel array section in the solid-state imaging device. For this reason, in this embodiment, the case where the A / D conversion circuit of the present invention is applied to a solid-state imaging device has been described. However, the application of the A / D conversion circuit of the present invention, that is, the system to which the A / D conversion circuit of the present invention can be applied is not limited to this embodiment. For example, even in a system that uses a single A / D conversion circuit of the present invention or a system that includes a plurality of single A / D conversion circuits of the present invention, the resolution can be reduced by acquiring phase information. The effect of the A / D conversion circuit of the present invention, which can achieve both the effect of being able to improve and the effect of being able to suppress the decrease in A / D conversion accuracy, is greater than that of the conventional A / D conversion circuit. Is also superior.
以上、本発明の実施形態について、図面を参照して説明してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲においての種々の変更も含まれる。 The embodiment of the present invention has been described above with reference to the drawings. However, the specific configuration is not limited to this embodiment, and includes various modifications within the scope of the present invention. It is.
1・・・固体撮像装置
10・・・画素アレイ部
101・・・画素
20・・・カラムA/D変換回路(A/D変換回路)
30,31・・・A/D変換回路(アナログデジタル変換器)
301・・・比較部
COMP・・・比較器(比較部)
302・・・信号生成部
BUFF1・・・第1のバッファ(信号生成部,第1の論理回路,第1のトランジスタ回路)
INV1−1,INV1−2・・・INV回路(第1の論理回路,第1のトランジスタ回路)
PMOS1−1・・・PチャンネルMOSトランジスタ(第1のトランジスタ回路)
NMOS1−1・・・NチャンネルMOSトランジスタ(第1のトランジスタ回路)
PMOS1−2・・・PチャンネルMOSトランジスタ
NMOS1−2・・・NチャンネルMOSトランジスタ
BUFF2・・・第2のバッファ(信号生成部,第2の論理回路,第2のトランジスタ回路)
INV2−1,INV2−2・・・INV回路(第2の論理回路,第2のトランジスタ回路)
PMOS2−1・・・PチャンネルMOSトランジスタ(第2のトランジスタ回路)
NMOS2−1・・・NチャンネルMOSトランジスタ(第2のトランジスタ回路)
PMOS2−2・・・PチャンネルMOSトランジスタ
NMOS2−2・・・NチャンネルMOSトランジスタ
303,313・・・ラッチ部
AND−L・・・論理積回路,AND回路(ラッチ部)
AND−C・・・論理積回路,AND回路(ラッチ部)
D−0〜D−7・・・ラッチ回路(ラッチ部)
304,314・・・エンコード部
3041,3141・・・エンコーダ(エンコード部)
315・・・カウント部
3151・・・カウンタ(カウント部)
41・・・ランプ信号生成部
43・・・位相信号生成部
50・・・制御信号生成部
200・・・垂直走査回路部
300・・・水平走査回路部
800・・・データ出力線
DESCRIPTION OF
30, 31 ... A / D conversion circuit (analog / digital converter)
301 ... Comparator COMP ... Comparator (Comparator)
302... Signal generation unit BUFF1... First buffer (signal generation unit, first logic circuit, first transistor circuit)
INV1-1, INV1-2 ... INV circuit (first logic circuit, first transistor circuit)
PMOS1-1 P channel MOS transistor (first transistor circuit)
NMOS 1-1... N-channel MOS transistor (first transistor circuit)
PMOS 1-2... P-channel MOS transistor NMOS 1-2... N-channel
INV2-1, INV2-2 ... INV circuit (second logic circuit, second transistor circuit)
PMOS2-1 P channel MOS transistor (second transistor circuit)
NMOS2-1 ... N-channel MOS transistor (second transistor circuit)
PMOS 2-2... P channel MOS transistor NMOS 2-2... N
AND-C ... AND circuit, AND circuit (latch part)
D-0 to D-7 ... Latch circuit (latch part)
304, 314...
315: Count unit 3151: Counter (count unit)
41: Ramp
Claims (7)
基準クロックおよび該基準クロックの位相を変化させた複数のクロックを生成し、該生成したそれぞれのクロックを、それぞれの位相クロックとして出力する位相信号生成部と、
入力された変換対象の信号の電圧と前記ランプ波の電圧とを比較した結果が、予め定めた条件を満足したときから、時間に対して一定の割合で電圧が、第1の基準電圧から、第1の中間電圧、および第2の中間電圧を順に経て、第2の基準電圧まで変化するアナログの比較結果信号を出力する比較部と、
前記比較結果信号の電圧が前記第1の中間電圧以上になったときに、出力する第1のタイミング信号の論理状態を切り替える第1の論理回路と、該比較結果信号の電圧が前記第2の中間電圧以上になったときに、出力する第2のタイミング信号の論理状態を切り替える第2の論理回路とを具備した信号生成部と、
前記位相クロックのそれぞれに対応し、前記第1のタイミング信号の論理状態が切り替わった第1のタイミング、または前記第2のタイミング信号の論理状態が切り替わった第2のタイミングの少なくとも1つのタイミングに応じて、前記位相クロックのそれぞれの論理状態をラッチする複数のラッチ回路を具備し、該ラッチ回路のそれぞれがラッチした前記位相クロックの論理状態を、位相情報として出力するラッチ部と、
前記位相情報に基づいて、前記変換対象の信号の電圧の大きさに応じたデジタル値を生成するエンコード部と、
を備える、
ことを特徴とするA/D変換回路。 A ramp signal generator that generates a ramp wave that is an analog reference signal whose voltage monotonously decreases or monotonically increases at a constant rate with respect to time;
A phase signal generator that generates a reference clock and a plurality of clocks in which the phase of the reference clock is changed, and outputs the generated clocks as respective phase clocks;
Since the result of comparing the voltage of the input signal to be converted and the voltage of the ramp wave satisfies a predetermined condition, the voltage is proportional to the time from the first reference voltage, A comparison unit that outputs an analog comparison result signal that sequentially changes to the second reference voltage through the first intermediate voltage and the second intermediate voltage;
A first logic circuit that switches a logic state of the first timing signal to be output when the voltage of the comparison result signal is equal to or higher than the first intermediate voltage; and the voltage of the comparison result signal is the second voltage A signal generation unit including a second logic circuit that switches a logic state of the second timing signal to be output when the voltage becomes equal to or higher than the intermediate voltage;
Corresponding to each of the phase clocks, according to at least one timing of the first timing when the logic state of the first timing signal is switched or the second timing when the logic state of the second timing signal is switched. A plurality of latch circuits that latch the respective logical states of the phase clock, and a latch unit that outputs the logical state of the phase clock latched by each of the latch circuits as phase information;
Based on the phase information, an encoding unit that generates a digital value corresponding to the voltage level of the signal to be converted;
Comprising
An A / D conversion circuit characterized by the above.
ことを特徴とする請求項1に記載のA/D変換回路。 Each of the plurality of latch circuits latches the logic state of the corresponding phase clock from the first timing to the second timing.
The A / D conversion circuit according to claim 1.
前記比較部が、前記変換対象の信号の電圧と前記ランプ波の電圧との比較を開始したときから前記第2のタイミングまで、該基準クロックの論理状態をラッチし、
前記位相クロックに含まれる前記基準クロック以外に対応する前記ラッチ回路のそれぞれは、
前記第1のタイミングから前記第2のタイミングまで、対応する前記位相クロックの論理状態をラッチし、
当該A/D変換回路は、
前記基準クロックに対応する前記ラッチ回路がラッチした前記位相情報に基づいて、該基準クロックのクロック数を計数し、該計数したカウント値を出力するカウンタを具備したカウント部、
をさらに備え、
前記エンコード部は、
前記基準クロック以外に対応する前記ラッチ回路がラッチした前記位相情報と、前記カウント値とのそれぞれに基づいて、前記変換対象の信号の電圧の大きさに応じたデジタル値を生成する、
ことを特徴とする請求項1に記載のA/D変換回路。 The latch circuit corresponding to the reference clock included in the phase clock is
The comparison unit latches the logic state of the reference clock from the start of comparison between the voltage of the signal to be converted and the voltage of the ramp wave to the second timing,
Each of the latch circuits corresponding to other than the reference clock included in the phase clock,
Latching the corresponding logic state of the phase clock from the first timing to the second timing;
The A / D conversion circuit is
A counting unit including a counter that counts the number of clocks of the reference clock based on the phase information latched by the latch circuit corresponding to the reference clock, and outputs the counted value;
Further comprising
The encoding unit is
Based on each of the phase information latched by the latch circuit corresponding to other than the reference clock and the count value, a digital value corresponding to the voltage level of the signal to be converted is generated.
The A / D conversion circuit according to claim 1.
前記第1のタイミング信号の論理状態を切り替える第1の閾値電圧が、前記第1の中間電圧に予め定められた第1のトランジスタ回路、
を備え、
前記第2の論理回路は、
前記第2のタイミング信号の論理状態を切り替える第2の閾値電圧が、前記第2の中間電圧に予め定められた第2のトランジスタ回路、
を備え、
前記第1のトランジスタ回路の電源電圧と、前記第2のトランジスタ回路の電源電圧とは、異なる電圧である、
ことを特徴とする請求項2または請求項3に記載のA/D変換回路。 The first logic circuit includes:
A first transistor circuit in which a first threshold voltage for switching a logic state of the first timing signal is predetermined to the first intermediate voltage;
With
The second logic circuit includes:
A second transistor circuit in which a second threshold voltage for switching a logic state of the second timing signal is predetermined to the second intermediate voltage;
With
The power supply voltage of the first transistor circuit and the power supply voltage of the second transistor circuit are different voltages.
The A / D conversion circuit according to claim 2, wherein the A / D conversion circuit is provided.
前記第1のタイミング信号の論理状態を切り替える第1の閾値電圧が、前記第1の中間電圧に予め定められた第1のトランジスタ回路、
を備え、
前記第2の論理回路は、
前記第2のタイミング信号の論理状態を切り替える第2の閾値電圧が、前記第2の中間電圧に予め定められた第2のトランジスタ回路、
を備え、
前記第1のトランジスタ回路のL/W比と、前記第2のトランジスタ回路のL/W比とは、異なるL/W比である、
ことを特徴とする請求項2または請求項3に記載のA/D変換回路。 The first logic circuit includes:
A first transistor circuit in which a first threshold voltage for switching a logic state of the first timing signal is predetermined to the first intermediate voltage;
With
The second logic circuit includes:
A second transistor circuit in which a second threshold voltage for switching a logic state of the second timing signal is predetermined to the second intermediate voltage;
With
The L / W ratio of the first transistor circuit and the L / W ratio of the second transistor circuit are different L / W ratios.
The A / D conversion circuit according to claim 2, wherein the A / D conversion circuit is provided.
前記第1のタイミング信号の論理状態を切り替える第1の閾値電圧が、前記第1の中間電圧に予め定められた第1のトランジスタ回路、
を備え、
前記第2の論理回路は、
前記第2のタイミング信号の論理状態を切り替える第2の閾値電圧が、前記第2の中間電圧に予め定められた第2のトランジスタ回路、
を備え、
前記第1のトランジスタ回路の電源電圧と、前記第2のトランジスタ回路の電源電圧とは、異なる電圧であり、
さらに、
前記第1のトランジスタ回路のL/W比と、前記第2のトランジスタ回路のL/W比とは、異なるL/W比である、
ことを特徴とする請求項2または請求項3に記載のA/D変換回路。 The first logic circuit includes:
A first transistor circuit in which a first threshold voltage for switching a logic state of the first timing signal is predetermined to the first intermediate voltage;
With
The second logic circuit includes:
A second transistor circuit in which a second threshold voltage for switching a logic state of the second timing signal is predetermined to the second intermediate voltage;
With
The power supply voltage of the first transistor circuit and the power supply voltage of the second transistor circuit are different voltages,
further,
The L / W ratio of the first transistor circuit and the L / W ratio of the second transistor circuit are different L / W ratios.
The A / D conversion circuit according to claim 2, wherein the A / D conversion circuit is provided.
前記画素アレイ部に配置された前記画素の1列毎または複数列毎に配置され、対応する列の前記画素信号を変換対象の信号としてアナログデジタル変換する、請求項1から請求項6のいずれか1の項に記載の複数のA/D変換回路と、
を備え、
前記A/D変換回路の前記ランプ信号生成部と前記位相信号生成部とのそれぞれは、全ての前記A/D変換回路に共通して1つ配置される、
ことを特徴とする固体撮像装置。 A pixel array unit in which a plurality of pixels that output pixel signals according to the amount of incident light are arranged in a two-dimensional matrix; and
The analog-to-digital conversion according to any one of claims 1 to 6, wherein the pixel signal is arranged for each column or a plurality of columns of the pixels arranged in the pixel array unit, and the pixel signals of the corresponding columns are converted into signals to be converted. A plurality of A / D conversion circuits according to item 1,
With
Each of the ramp signal generation unit and the phase signal generation unit of the A / D conversion circuit is arranged in common for all the A / D conversion circuits.
A solid-state imaging device.
Priority Applications (2)
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