JP5605357B2 - センサ集積回路 - Google Patents
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Description
Cp<Ca<Csかつ、Ca×R2<Cs×Rs
である。
tst=−τsln(est) (1)
であり、est=10−3とするためには、tst=6.9×τsである。
サンプリングの高速化を実現する回路では、まず、信号処理回路の入力キャパシタンスC1iよりも小さいキャパシタCa(充電回路のサンプリング容量C2i、CP1<C2i)にセンサ素子からの信号値をサンプルする。十分な駆動能力をもった充電回路17(充電回路18)の入出力に信号処理回路15a(読み出し回路15b)を接続して、そのサンプリング値に応答した駆動によって、キャパシタCsをアナログ値の最終値に近い値まで充電する。正確な値に充電するために、最終的には、充電回路17での駆動を停止し、画素21のみによってキャパシタCsを充電する。このような駆動方法を用いることで、上記の3つの過程のセットリング時間は次式のように求められる。
tst=−τa1ln(est)−τa2ln(est2)−τsln(est/est2) (2)
τa1=C2i×Rs
τa2=Cs/gm
gm:充電回路の出力の相互コンダクタンス
充電回路17は、その動作範囲において上記の相互コンダクタンスgmを有する。
tst=−τs×((C2i/Cs)×ln(est)
+(1/(Rs×gm))×ln(est2)
+ln(est/est2)) (3)
式(3)の右辺第1項は、充電回路17(充電回路18)の入力キャパシタに画素の信号を充電する時間であり、第2項は、充電回路17(充電回路18)を用いてサンプリングキャパシタCsを充電する時間であり、第3項は、充電回路17(充電回路18)による値とアナログ値の最終値との差分を画素21によりサンプリングキャパシタCsを充電する時間である。例えば、C2i/Cs=0.1,Rs×gm=10,est2=10−2、est=10−3とすると、tst=3.45×τsであり、この回路を使わない場合(tst=6.9×τs)に比べて2倍に高速化される。
この回路は、各種のセンサの出力に対して用いることができ、CMOSイメージセンサのカラムに集積化するノイズキャンセル回路に適用した場合、画素の出力は、ソースフォロワ回路では、共通の垂直信号線に接続されるが、その寄生容量が、サンプリング容量であるキャパシタンスCS、CRに比べて十分小さくし、この充電を加速するアンプによって十分な高速化がなされる。この場合、本発明に係る一実施例による高速化のシミュレーションの結果を図4に示す。目標電圧値と駆動電圧とが0.1%の誤差の場合、充電回路を用いない従来回路は17.25msであったが、本実施例に係る充電回路は7.48msとなった。
Claims (11)
- センサ回路と、
信号処理回路と、
信号線に接続された入力及び出力を有する充電回路と
を備え、
前記センサ回路は、センサ内部抵抗が直列に接続されるセンサ電圧源を有し、
前記信号処理回路は、前記センサ電圧源が前記信号線及びスイッチを介して接続されるキャパシタを有し、
前記キャパシタは、前記キャパシタの充電時に、前記センサ電圧源に前記スイッチを介して接続され、前記キャパシタの電圧保持時に、前記スイッチにより前記センサ電圧源から切り離されて、前記キャパシタ上のセンサ電圧信号が前記信号処理回路から出力され、
前記充電回路は、前記信号線に接続された別のキャパシタと、前記別のキャパシタが入力側に接続され内部抵抗と等価な相互コンダクタンスを有する駆動回路を備え、
前記充電回路は、前記駆動回路の出力と前記駆動回路の入力を等電位とするリセットスイッチと、前記駆動回路の該出力と前記信号線を等電位とする出力スイッチとを備えるセンサ集積回路。 - 前記信号線は寄生キャパシタCp(容量:Cp)を有し、前記キャパシタC1i(容量:Cs)、前記別のキャパシタC2i(容量:Ca)、前記センサ内部抵抗Rs、前記充電回路の前記内部抵抗R2において、
Cp<Ca<Csかつ、Ca×R2<Cs×Rs
であることを特徴とする請求項1に記載されたセンサ集積回路。 - 前記充電回路は、前記信号線の駆動のための第1駆動期間の始点の後に前記充電回路の前記入力の電位に応答して充電動作を開始すると共に、前記充電回路の前記出力に充電電荷を提供することを前記第1駆動期間の終点に先立って停止することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載されたセンサ集積回路。
- センサ素子と該センサ素子のセンス値を示す第1信号を出力する出力とを含むセンサ回路と、
前記センサ回路からの前記第1信号を第1受信期間に受ける入力と前記第1信号を処理して生成された第2信号を出力する出力とを含む信号処理回路と、
前記第2信号を第2受信期間に受ける読み出し回路と、
信号線に接続された入力及び出力を有する充電回路と
を備え、
前記信号処理回路は増幅器及び積分器のいずれか一方を含み、
前記センサ回路の前記出力と前記信号処理回路の前記入力との間の接続、及び、前記信号処理回路の前記出力と前記読み出し回路の前記入力との間の接続のいずれか一方の接続は、前記信号線を介して成され、
前記センサ回路の前記出力と前記信号処理回路の前記入力との間の接続、及び、前記信号処理回路の前記出力と前記読み出し回路の前記入力との間の接続のいずれか他方の接続は、別の信号線を介して成され、
前記充電回路は、前記信号線の駆動のための第1駆動期間の始点の後に前記充電回路の前記入力の電位に応答して充電動作を開始すると共に、前記充電回路の前記出力に充電電荷を提供することを前記第1駆動期間の終点に先立って停止する、ことを特徴とするセンサ集積回路。 - 前記信号処理回路は、前記増幅器を含み、
前記増幅器の入力は前記信号処理回路の前記入力からの信号を受け、
前記増幅器は、当該増幅器の増幅率を規定する第3及び第4のキャパシタと、前記第3及び第4のキャパシタと共に動作して当該増幅器の前記入力に受けた信号を増幅する演算増幅回路とを含む、ことを特徴とする請求項4に記載されたセンサ集積回路。 - 前記信号処理回路は、前記積分器を含み、
前記積分器の入力は前記信号処理回路の前記入力からの信号を受け、
前記積分器は、当該積分器の前記入力からの信号を標本化する標本化回路と、前記標本化回路によって標本化された信号を積分する積分回路とを含む、ことを特徴とする請求項4に記載されたセンサ集積回路。 - 前記信号線は、前記センサ回路の前記出力と前記信号処理回路の前記入力との間の接続を成しており、
前記信号処理回路の前記入力は第1の入力キャパシタンスを有し、
前記充電回路の前記入力は第2の入力キャパシタンスを有し、
前記第2の入力キャパシタンスは、前記第1の入力キャパシタンスより小さく、
前記センサ回路の前記出力は第1の出力抵抗を有し、
前記充電回路の前記出力は第2の出力抵抗を有し、
前記第2の出力抵抗は、前記充電回路の充電中において前記第1の出力抵抗より小さく、
前記信号線の電位における初期値から第1の駆動値への変化及び第2の駆動値から最終値への変化は、前記センサ回路によって行われ、
前記信号線の電位における前記第1の駆動値から前記第2の駆動値への変化は、前記充電回路及び前記センサ回路によって行われる、ことを特徴とする請求項4〜請求項6のいずれか一項に記載されたセンサ集積回路。 - 前記信号線は、前記信号処理回路の前記出力と前記読み出し回路の前記入力との間の接続を成しており、
前記読み出し回路の前記入力は第3の入力キャパシタンスを有し、
前記充電回路の前記入力は第2の入力キャパシタンスを有し、
前記信号処理回路の出力は第3の出力抵抗を有し、
前記充電回路の前記出力は第2の出力抵抗を有し、
前記第2の入力キャパシタンスは、前記第3の入力キャパシタンスより小さく、
前記第2の出力抵抗は、前記充電回路の充電中において前記第3の出力抵抗より小さく、
前記信号線の電位における初期値から第3の駆動値への変化及び第4の駆動値から最終値への変化は、前記信号処理回路によって行われ、
前記信号線の電位における前記第3の駆動値から前記第4の駆動値への変化は、前記充電回路及び前記信号処理回路によって行われる、ことを特徴とする請求項4〜請求項6のいずれか一項に記載されたセンサ集積回路。 - 前記充電回路は、前記充電回路の前記入力に接続された一端を有する入力キャパシタと、前記入力キャパシタの他端に接続された入力を有する駆動回路と、前記駆動回路の出力と前記充電回路の前記出力との間に接続され前記第1駆動期間より短い充電期間において導通するスイッチとを含み、
前記充電回路は、前記充電に先立って前記入力キャパシタに前記信号線の電位のサンプリングを行う、ことを特徴とする請求項4〜請求項8のいずれか一項に記載されたセンサ集積回路。 - 前記読み出し回路は、前記信号処理回路の出力に接続された相関二重サンプリング回路を含み、
前記相関二重サンプリング回路は、前記センサ回路におけるセンス値を示す第1のセンス信号を格納する第1のキャパシタと、前記第1のキャパシタと前記読み出し回路の前記入力との間に接続された第1のスイッチと、前記センサ回路におけるセンス値を示す第2のセンス信号を格納する第2のキャパシタと、前記第2のキャパシタと前記読み出し回路の前記入力との間に接続された第2のスイッチとを含む、ことを特徴とする請求項4〜請求項9のいずれか一項に記載されたセンサ集積回路。 - 前記センサ回路はイメージセンサの画素回路であり、
前記画素回路は、前記センサ素子として光電変換素子と、該光電変換素子からの信号を増幅する増幅回路とを含み、
前記第1のセンス信号は前記センサ回路のリセットレベルに対応する第1の画素信号を含むと共に、前記第2のセンス信号は前記センサ回路の信号レベルの成分を含む第2の画素信号を含む、ことを特徴とする請求項10に記載されたセンサ集積回路。
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