JP4470700B2 - Ad変換方法およびad変換装置並びに物理量分布検知の半導体装置および電子機器 - Google Patents
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Description
図9は、AD変換装置を画素部と同一の半導体基板に搭載した従来例のCMOS固体撮像装置(CMOSイメージセンサ)の概略構成図である。図9に示すように、この固体撮像装置1は、複数の単位画素3が行および列に配列された画素部(撮像部)10と、画素部10の外側に設けられた駆動制御部7と、カウンタ部(CNT)24と、垂直列ごとに配されたカラムAD回路25を有するカラム処理部26と、カラム処理部26のカラムAD回路25にAD変換用の参照電圧を供給するDAC(Digital Analog Converter)を有して構成された参照信号生成部27と、減算回路29を有して構成された出力回路28とを備えている。
さらに、カウンタ部は、前記比較部における比較処理と並行して、前記基準成分の比較処理の際には、ダウンカウントモードおよびアップカウントモードの何れか一方のモードでカウント処理を行ない、前記比較部における前記比較処理が完了した時点のカウント値を保持し、前記信号成分の比較処理の際には、前記基準成分の比較処理のときのモードと異なるアップカウントモードおよびダウンカウントモードの何れか一方のモードで前記保持したカウント値からカウント処理を行う。
図1は、本発明に係る半導体装置の第1実施形態であるCMOS固体撮像装置(CMOSイメージセンサ)の概略構成図である。なお、このCMOS固体撮像装置は、本発明に係る電子機器の一態様でもある。
参照信号生成部27は、DA変換回路(DAC;Digital Analog Converter)27aを有して構成されており、通信・タイミング制御部20からの制御データCN4で示される初期値からカウントクロックCK0に同期して、階段状の鋸歯状波(ランプ波形)を生成して、カラム処理部26の個々のカラムAD回路25に、この生成した鋸歯状波をAD変換用の参照電圧(ADC基準信号)として供給するようになっている。なお、図示を割愛しているが、ノイズ防止用のフィルタを設けるとよい。
図2は、図1に示した第1実施形態の固体撮像装置1のカラムAD回路25における動作を説明するためのタイミングチャートである。
図3は、本発明の第2実施形態に係るCMOS固体撮像装置(CMOSイメージセンサ)の概略構成図である。この第2実施形態の固体撮像装置1は、第1実施形態の固体撮像装置1に対して、カラムAD回路25の構成を変形している。
図4は、図3に示した第2実施形態の固体撮像装置1のカラムAD回路25における動作を説明するためのタイミングチャートである。カラムAD回路25におけるAD変換処理は、第1実施形態と同様である。ここではその詳細な説明を割愛する。
図5は、本発明の第3実施形態に係るCMOS固体撮像装置(CMOSイメージセンサ)に使用される電圧比較部252の概略回路図である。この第3実施形態の固体撮像装置1は、第1実施形態の固体撮像装置1に対して、電圧比較部252の構成を工夫することで、リセット成分ΔVのばらつきに左右されずに比較期間を設定できるようにする点に特徴を有する。以下具体的に説明する。
図6は、第3実施形態の固体撮像装置1のカラムAD回路25における動作を説明するためのタイミングチャートである。ここでは、第1実施形態に対する変形例で示している。
図7は、第4実施形態の固体撮像装置1のカラムAD回路25における動作を説明するためのタイミングチャートである。この第4実施形態は、第2実施形態に対して、第3実施形態と同様に、電圧比較部252の構成を工夫することで、リセット成分ΔVのばらつきに左右されずに比較期間を設定できるようにする点に特徴を有する。カラムAD回路25におけるAD変換処理は、動作点リセット部330の動作を除いて、基本的には第2実施形態と同様である。
Claims (11)
- 1回目の処理として、基準成分と信号成分とを含んで表されるアナログの処理対象信号における前記基準成分と前記信号成分のうちの何れか一方に応じた信号と、前記デジタルデータに変換するための参照信号とを比較するとともに、この比較処理と並行してダウンカウントモードおよびアップカウントモードのうちの何れか一方のモードでカウント処理を行ない、前記比較処理が完了した時点のカウント値を保持し、
この後、2回目の処理として、前記基準成分と前記信号成分のうちの他方と前記参照信号とを比較するとともに、この比較処理と並行して前記ダウンカウントモードおよび前記アップカウントモードのうちの他方のモードでカウント処理を行ない、前記比較処理が完了した時点のカウント値を保持するとともに、
前記基準成分について前記比較処理と前記カウント処理を行なう際には、先ず、前記比較処理を行なう比較部を所定の動作基準値にリセットし、この後に、前記比較部に前記参照信号を供給して前記比較処理と前記カウント処理を開始するようにし、
これにより、前記2回目の前記カウント処理の結果に基づいて、前記基準成分と前記信号成分との差成分のデジタルデータを取得する
AD変換方法。 - 前記信号成分について前記比較処理と前記カウント処理を行なう際には、前記比較部に対する前記リセットの処理を行なわずに、前記比較部に前記参照信号を供給して前記比較処理と前記カウント処理を開始する
請求項1に記載のAD変換方法。 - 基準成分と信号成分とを含んで表されるアナログの処理対象信号の前記基準成分および前記信号成分のそれぞれに応じた信号と前記デジタルデータに変換するための参照信号とを比較する比較部と、
前記比較部における比較処理と並行して、前記基準成分の比較処理の際には、ダウンカウントモードおよびアップカウントモードの何れか一方のモードでカウント処理を行ない、前記比較部における前記比較処理が完了した時点のカウント値を保持し、前記信号成分の比較処理の際には、前記基準成分の比較処理のときのモードと異なるアップカウントモードおよびダウンカウントモードの何れか一方のモードで前記保持したカウント値からカウント処理を行うカウンタ部と、
を備え、
前記基準成分について前記比較処理と前記カウント処理を行なう際には、先ず、前記比較部を前記基準成分を読み出す動作基準値にリセットし、この後に、前記比較部に前記参照信号を供給して前記比較処理と前記カウント処理を開始するようにし、
前記カウンタ部の出力値に基づいて、前記基準成分と前記信号成分との差成分のデジタルデータを取得する
AD変換装置。 - 前記信号成分について前記比較処理と前記カウント処理を行なう際には、前記比較部に対する前記リセットの処理を行なわずに、前記比較部に前記参照信号を供給して前記比較処理と前記カウント処理を開始する
請求項3に記載のAD変換装置。 - 前記比較部は、前記処理対象信号が入力される入力端子および出力端子を有する第1のトランジスタと、前記参照信号が入力される入力端子および出力端子を有する第2のトランジスタとが差動対を構成するように接続された差動トランジスタ対部と、前記トランジスタの前記入力端子と前記出力端子とを接続可能に構成された前記リセットを行なう動作点リセット部とを備え、
前記基準成分について前記比較処理と前記カウント処理を行なう際には、前記トランジスタの前記入力端子と前記出力端子とを一時的に接続するよう前記動作点リセット部を制御することで前記リセットを行なう
請求項4に記載のAD変換装置。 - 入射された電磁波に対応する電荷を生成する電荷生成部および前記電荷生成部により生成された電荷に応じた基準成分と信号成分とを含んで表されるアナログの単位信号を生成する単位信号生成部を単位構成要素内に含み、当該単位構成要素がライン状もしくはマトリクス状に複数個配列してなる領域と、
前記信号成分のデジタルデータを生成するための参照信号と前記基準成分および前記信号成分のそれぞれとに対応する信号とを比較する比較部と、
前記比較部における比較処理と並行して、前記基準成分の比較処理の際には、ダウンカウントモードおよびアップカウントモードの何れか一方のモードでカウント処理を行ない、前記比較部における前記比較処理が完了した時点のカウント値を保持し、前記信号成分の比較処理の際には、前記基準成分の比較処理のときのモードと異なるアップカウントモードおよびダウンカウントモードの何れか一方のモードで前記保持したカウント値からカウント処理を行うカウンタ部と、
を備え、
前記基準成分について前記比較処理と前記カウント処理を行なう際には、先ず、前記比較部を前記基準成分を読み出す動作基準値にリセットし、この後に、前記比較部に前記参照信号を供給して前記比較処理と前記カウント処理を開始するようにし、
前記カウンタ部の出力値に基づいて、前記基準成分と前記信号成分との差成分のデジタルデータを取得する
物理量分布検知のための半導体装置。 - 前記信号成分について前記比較処理と前記カウント処理を行なう際には、前記比較部に対する前記リセットの処理を行なわずに、前記比較部に前記参照信号を供給して前記比較処理と前記カウント処理を開始する
請求項6に記載の半導体装置。 - 前記比較部は、前記処理対象信号が入力される入力端子および出力端子を有する第1のトランジスタと、前記参照信号が入力される入力端子および出力端子を有する第2のトランジスタとが差動対を構成するように接続された差動トランジスタ対部と、前記トランジスタの前記入力端子と前記出力端子とを接続可能に構成された前記リセットを行なう動作点リセット部とを備え、
前記基準成分について前記比較処理と前記カウント処理を行なう際には、前記トランジスタの前記入力端子と前記出力端子とを一時的に接続するよう前記動作点リセット部を制御することで前記リセットを行なう
請求項6に記載の半導体装置。 - 基準成分と信号成分とを含んで表されるアナログの処理対象信号の前記基準成分と前記信号成分との差信号成分をデジタルデータに変換するための参照信号を生成する参照信号生成部と、
前記基準成分と前記信号成分のそれぞれに応じた信号と、前記参照信号生成部が生成した参照信号とを比較する比較部と、
前記比較部における比較処理と並行して、ダウンカウントモードおよびアップカウントモードの何れか一方のモードでカウント処理を行ない、前記比較部における前記比較処理が完了した時点のカウント値を保持するカウンタ部と、
前記比較部が前記基準成分と前記信号成分の何れについて前記比較処理を行なっているのかに応じて前記カウンタ部における前記カウント処理のモードを切り替える制御部と
を備え、
前記基準成分について前記比較処理と前記カウント処理を行なう際には、先ず、前記比較部を前記基準成分を読み出す動作基準値にリセットし、この後に、前記比較部に前記参照信号を供給して前記比較処理と前記カウント処理を開始するようにし、
前記カウンタ部の出力値に基づいて、前記基準成分と前記信号成分との差成分のデジタルデータを取得する
電子機器。 - 前記信号成分について前記比較処理と前記カウント処理を行なう際には、前記比較部に対する前記リセットの処理を行なわずに、前記比較部に前記参照信号を供給して前記比較処理と前記カウント処理を開始する
請求項9に記載の電子機器。 - 前記比較部は、前記処理対象信号が入力される入力端子および出力端子を有する第1のトランジスタと、前記参照信号が入力される入力端子および出力端子を有する第2のトランジスタとが差動対を構成するように接続された差動トランジスタ対部と、前記トランジスタの前記入力端子と前記出力端子とを接続可能に構成された前記リセットを行なう動作点リセット部とを備え、
前記基準成分について前記比較処理と前記カウント処理を行なう際には、前記トランジスタの前記入力端子と前記出力端子とを一時的に接続するよう前記動作点リセット部を制御することで前記リセットを行なう
請求項9に記載の電子機器。
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