專利名稱：模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器及轉(zhuǎn)換方法、固體攝像裝置和照相機(jī)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及適用于例如由互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(complementary metal-oxide semiconductor, CMOS)圖像傳感器所代表的固體攝像裝置的 模擬數(shù)字(analog-to-digital， AD)轉(zhuǎn)換器、AD轉(zhuǎn)換方法、包括該AD轉(zhuǎn)換 器的固體攝像裝置和照相機(jī)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
近年來，人們已經(jīng)注意到將CMOS圖像傳感器作為固體攝像裝置(圖 像傳感器)，以替代電荷耦合器件(charge-coupled device, CCD)圖像傳感器。
這是因?yàn)?，CMOS圖像傳感器克服了 CCD圖像傳感器的如下問題 制造CCD像素必須采用專門的制造過程，CCD圖像傳感器的工作必須 使用多個(gè)電源電壓，并且由于必須以組合的方式操作多個(gè)周邊集成電路 (integrated circuit, IC)，因此包括該CCD圖像傳感器的系統(tǒng)變得非常復(fù) 雜。
CMOS圖像傳感器能夠采用與普通CMOS IC制造過程一樣的過程 而被制造出來。此外，CMOS圖像傳感器能夠被單電源驅(qū)動(dòng)。另外，使 用CMOS過程的模擬電路和邏輯電路能夠混用在單芯片中，從而使周邊 IC的數(shù)量減少。也就是說，CMOS傳感器具有很大的優(yōu)勢。
CCD圖像傳感器的輸出電路通常是使用具有浮動(dòng)擴(kuò)散層(floating diffusion, FD)的FD放大器的1溝道(ch)輸出。
反之，CMOS圖像傳感器在各個(gè)像素中具有FD放大器，并且通常采用列并行輸出方案，該列并行輸出方案從像素陣列中選擇一行并同時(shí) 輸出沿列方向從所選行的像素中讀出的信號(hào)。
由于使用布置在各像素中的FD放大器難以獲得足夠的驅(qū)動(dòng)功率，
因此必須降低數(shù)據(jù)率。在這點(diǎn)上，并行處理被認(rèn)為是有利的。
下面，說明普通的CMOS圖像傳感器。
圖1示出了 CMOS圖像傳感器中的像素的示例，該像素包括四個(gè)晶 體管。
像素IO例如包括用作光電變換器的光電二極管11。像素IO具有用 于光電二極管11的四個(gè)晶體管，即用作有源元件的傳輸晶體管12、放大 晶體管13、選擇晶體管14和復(fù)位晶體管15。
光電二極管11將入射光轉(zhuǎn)換為電荷(在此示例中為電子)，該電荷的 數(shù)值與入射光的量對應(yīng)。
傳輸晶體管12連接在光電二極管11與FD之間。通過傳輸控制線 LTx將驅(qū)動(dòng)信號(hào)提供到傳輸晶體管12的柵極(傳輸柵極)，由此，把使用 光電二極管11進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換而獲得的電子傳輸?shù)紽D。
放大晶體管13的柵極與FD連接。放大晶體管13通過選擇晶體管 14與信號(hào)線LSGN連接，并且與設(shè)置在像素IO外部的恒定電流源16 — 起構(gòu)成源極跟隨器。
通過選擇控制線LSEL將地址信號(hào)提供到選擇晶體管14的柵極。當(dāng) 選擇晶體管14導(dǎo)通(ON)時(shí)，放大晶體管13將FD的電位放大，并對應(yīng) 于此電位將電壓輸出到輸出(垂直)信號(hào)線LSGN。從像素IO輸出的信號(hào) 電壓通過信號(hào)線LSGN而被輸出到像素信號(hào)讀出電路。
復(fù)位晶體管15連接在電源線LVDD與FD之間。通過復(fù)位控制線 LRST將復(fù)位信號(hào)提供到復(fù)位晶體管15的柵極，由此，復(fù)位晶體管15 使FD的電位復(fù)位至電源線LVDD的電位。
更具體地說，當(dāng)使像素10復(fù)位時(shí)，傳輸晶體管12導(dǎo)通，從而使累 積在光電二極管11中的電荷放電。接著，傳輸晶體管12斷開(OFF)，且 光電二極管11將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電荷并累積該電荷。在讀出時(shí)，復(fù)位晶體管15導(dǎo)通，從而使FD復(fù)位。然后，復(fù)位晶體 管15斷開，且那時(shí)的FD的電壓通過放大晶體管13和選擇晶體管14而 被輸出。該輸出作為P相輸出。
接著，傳輸晶體管12導(dǎo)通，從而將累積在光電二極管11中的電荷 傳輸?shù)紽D。那時(shí)的FD的電壓通過放大晶體管13而被輸出。該輸出作 為D相輸出。
D相輸出與P相輸出之間的差分(difference)作為圖像信號(hào)。因此， 從圖像信號(hào)中不但能除去各像素的輸出的直流(direct current， DC)成分的 差異，而且能除去FD復(fù)位噪聲。
由于例如傳輸晶體管12的柵極、選擇晶體管14的柵極和復(fù)位晶體 管15的柵極以行為單位相互連接，因此對包括在一行中的全部像素同時(shí) 進(jìn)行上述操作。
人們已經(jīng)提出了列并行輸出CMOS圖像傳感器中的各種像素信號(hào)讀 出(輸出)電路。最先進(jìn)類型中的一種類型是包括各列的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器 (以下縮寫為"ADC")并且獲得像素信號(hào)作為數(shù)字信號(hào)的類型。
例如在W. Yang等所著的"An Integrated 800x600 CMOS Image System (集成800x600 CMOS圖像系統(tǒng))""(ISSCC Digest of Technical Papers, 304-305頁，1999年2月)和日本專利申請公開公報(bào)No. 2005-278135中，披露了具有這種列并行ADC的CMOS圖像傳感器。
圖2是示出了具有列并行ADC的固體攝像裝置(CMOS圖像傳感器) 的示例性結(jié)構(gòu)的框圖。
如圖2所示，固體攝像裝置20包括用作攝像部的像素部21、垂直 掃描電路22、水平傳輸掃描電路23、時(shí)序控制電路24、 ADC組25、數(shù) 字模擬轉(zhuǎn)換器(以下縮寫為"DAC")26、放大器(采樣/保持(S/H))電路27 和信號(hào)處理電路28。
像素部21包括呈矩陣布置的像素。各個(gè)像素例如如圖1所示包括光 電二極管和內(nèi)置放大器。
在固體攝像裝置20中，用于生成內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)的時(shí)序控制電路24、用于控制行地址和行掃描的垂直掃描電路22以及用于控制列地址和列掃 描的水平傳輸掃描電路23被布置為用于從像素部21依次讀出信號(hào)的控 制電路。
ADC組25包括多列的ADC。各個(gè)ADC包括比較器25-1，其比 較基準(zhǔn)電壓Vslop與通過各條垂直信號(hào)線從各行像素獲得的模擬信號(hào)中 的對應(yīng)信號(hào)，該基準(zhǔn)電壓Vslop具有通過把由DAC 26產(chǎn)生的基準(zhǔn)電壓改 變?yōu)殡A段狀電壓(stepped voltage)而獲得的斜坡波形；對比較時(shí)間進(jìn)行計(jì) 數(shù)的計(jì)數(shù)器25-2;以及保持該計(jì)數(shù)結(jié)果的鎖存器25-3。
ADC組25包括列并行ADC組件，各個(gè)ADC組件具有n位數(shù)字信 號(hào)轉(zhuǎn)換功能。這些ADC組件對應(yīng)于各條垂直信號(hào)線(列線)而布置著。
各個(gè)鎖存器25-3的輸出例如與2n位寬度的水平傳輸線29連接。
對應(yīng)于水平傳輸線29，布置有2n個(gè)放大器電路27和信號(hào)處理電路 28 (圖2中只示出了一個(gè)放大器電路27和一個(gè)信號(hào)處理電路28)。
在ADC組25中，布置在各列中的各個(gè)比較器25-1使被讀出到對應(yīng) 垂直信號(hào)線的模擬信號(hào)與基準(zhǔn)電壓Vslop (具有某一斜度并線性變化的傾 斜波形)相比。
在這種情況下，與比較器25-l同樣布置在各列中的計(jì)數(shù)器25-2進(jìn) 行工作。當(dāng)具有斜坡波形的電位Vslop與計(jì)數(shù)值一一對應(yīng)地變化時(shí)，垂 直信號(hào)線的電位(模擬信號(hào))Vsl被轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。
基準(zhǔn)電壓Vslop的變化用于將電壓的變化轉(zhuǎn)換為時(shí)間的變化。通過 用某一周期(時(shí)鐘)對那個(gè)時(shí)間進(jìn)行計(jì)數(shù)，能夠?qū)㈦妷恨D(zhuǎn)換為數(shù)字值。
當(dāng)模擬電信號(hào)Vsl與基準(zhǔn)電壓Vslop相交時(shí)，比較器25-1的輸出被 反轉(zhuǎn)。停止對計(jì)數(shù)器25-2的時(shí)鐘信號(hào)輸入，且因此完成AD轉(zhuǎn)換。
在上述AD轉(zhuǎn)換期間之后，水平傳輸掃描電路23通過水平傳輸線29 和放大器電路27將保持在鎖存器25-3中的數(shù)據(jù)輸入到信號(hào)處理電路28， 從而生成二維圖像。
以這種方式，實(shí)現(xiàn)了列并行輸出處理。
人們已經(jīng)提出了各種技術(shù)來擴(kuò)大ADC的動(dòng)態(tài)范圍。為了擴(kuò)大ADC的動(dòng)態(tài)范圍，日本專利申請公開公報(bào)No. 2004-147326 中的圖11披露了一種技術(shù)，在該技術(shù)中，在信號(hào)輸入處設(shè)置加法器電路， 并且通過監(jiān)測ADC的數(shù)字輸出值來產(chǎn)生偏置電壓(offset voltage),并將 該偏置電壓加算到信號(hào)上。
為了擴(kuò)大ADC的動(dòng)態(tài)范圍，文章"2007 INTERNATIONAL IMAGE SENSOR WORKSHOP" (196-199頁)中的圖12披露了處理基準(zhǔn)信號(hào)的技 術(shù)。
此外，美國專利No. 6670904中的圖13示出了使用多個(gè)基準(zhǔn)信號(hào)(傾 斜信號(hào))的技術(shù)。
日本專利申請公開公報(bào)No. 2004-147326中的圖11所披露的技術(shù)在 AD轉(zhuǎn)換之后檢査輸入范圍。在這種情況下，除非ADC偏離該輸入范圍 一次，否則難以確定是否已經(jīng)產(chǎn)生了偏置電壓。因此，存在著ADC會(huì)至 少一次發(fā)生在AD范圍之外(溢流)的缺點(diǎn)。
反之，為了擴(kuò)大ADC的動(dòng)態(tài)范圍，文章"2007 INTERNATIONAL IMAGE SENSOR WORKSHOP"中(196-199頁)的圖12所披露的技術(shù)處理 (改變)基準(zhǔn)信號(hào)。然而，使用此方法難以提高AD轉(zhuǎn)換的精度。
例如，人們已經(jīng)提出了用于改變基準(zhǔn)信號(hào)的斜度的技術(shù)。在這種情 況下，由于難以使P相基準(zhǔn)信號(hào)的斜度與D相基準(zhǔn)信號(hào)的斜度相等，因 此不利的是，相關(guān)雙采樣(correlated double sampling, CDS)的精度下降， 因而CDS自身變得困難。
美國專利No. 6670904中的圖13所披露的技術(shù)使用多個(gè)基準(zhǔn)信號(hào)(傾 斜信號(hào))。通過此方法，由不同的電路產(chǎn)生各個(gè)基準(zhǔn)信號(hào)，因而導(dǎo)致電路 規(guī)模的增大。在實(shí)踐中，難以使各個(gè)基準(zhǔn)信號(hào)具有相同的斜度。因此， 各基準(zhǔn)信號(hào)具有不同的斜度并且不能很好地組合。不利的是，難以在后 續(xù)級(jí)處進(jìn)行校正。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明期望提供一種模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)、 一種模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換方 法、 一種固體攝像裝置和一種照相機(jī)系統(tǒng)，所述模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器能夠以高精度來擴(kuò)大動(dòng)態(tài)范圍而不會(huì)發(fā)生在AD范圍之外(溢流)，并且能夠提高 轉(zhuǎn)換處理的速度。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，提供一種將模擬輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的 模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其包括以下元件比較器，其比較基準(zhǔn)信號(hào)與輸入信 號(hào)相比，并且如果所述輸入信號(hào)與所述基準(zhǔn)信號(hào)一致則使輸出反轉(zhuǎn)；計(jì) 數(shù)器，其對所述比較器的比較時(shí)間進(jìn)行計(jì)數(shù)；控制電路，其監(jiān)測所述比
較器的輸出；電壓發(fā)生電路，如果由所述控制電路獲得的監(jiān)測結(jié)果表明 所述比較器的輸出處于預(yù)定電平，則所述電壓發(fā)生電路根據(jù)所述監(jiān)測結(jié) 果產(chǎn)生直流電壓；以及模擬加法器，其把由所述電壓發(fā)生電路產(chǎn)生的電 壓加算到所述輸入信號(hào)上，并把總和信號(hào)供應(yīng)到所述比較器的輸入端子。
優(yōu)選地，由所述電壓發(fā)生電路產(chǎn)生的電壓和所述輸入信號(hào)各自經(jīng)過 電容器而被供應(yīng)。
優(yōu)選地，所述電壓發(fā)生電路能夠產(chǎn)生多個(gè)電壓，并且所述多個(gè)電壓 經(jīng)過各自的電容器而被供應(yīng)。
優(yōu)選地，所述模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器還包括數(shù)字信號(hào)校正電路，所述數(shù)字 信號(hào)校正電路使用由所述控制電路獲得的信號(hào)和所述計(jì)數(shù)器的輸出信號(hào) 來計(jì)算模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換值。
優(yōu)選地，所述計(jì)數(shù)器的初始值能夠被設(shè)定，并且所述模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換 器還包括選擇電路，所述選擇電路能夠根據(jù)來自所述控制電路的信號(hào)從 所述計(jì)數(shù)器的多個(gè)初始值中選擇任意初始值。
優(yōu)選地，所述計(jì)數(shù)器包括能夠進(jìn)行串行輸入/輸出的多個(gè)觸發(fā)器，并 且所述計(jì)數(shù)器能夠根據(jù)計(jì)數(shù)器模式和移位寄存器模式進(jìn)行工作。在所述 計(jì)數(shù)器模式時(shí)，所述多個(gè)觸發(fā)器的各個(gè)觸發(fā)器的數(shù)據(jù)輸出被供應(yīng)到下一 級(jí)的觸發(fā)器的時(shí)鐘輸入，如果所述比較器的輸出處于預(yù)定電平，則所述 計(jì)數(shù)器起到與計(jì)數(shù)器時(shí)鐘信號(hào)同步的計(jì)數(shù)器的作用。在所述移位寄存器 模式時(shí)，所述多個(gè)觸發(fā)器是級(jí)聯(lián)的(cascade-connected)，所選擇的初始值 被輸入到所述計(jì)數(shù)器，所述計(jì)數(shù)器起到與移位寄存器時(shí)鐘信號(hào)同步的移 位寄存器的作用。
根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，提供了一種模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換方法，其包括如下步驟第一步，比較輸入信號(hào)電壓與基準(zhǔn)信號(hào)電壓；第二步，監(jiān)測 比較結(jié)果，如果所述輸入信號(hào)電壓小于所述基準(zhǔn)信號(hào)電壓則將一電壓加 算到所述輸入信號(hào)電壓上，并將與所加算的電壓對應(yīng)的計(jì)數(shù)值存儲(chǔ)在存 儲(chǔ)器中；第三步，重復(fù)第一步和第二步，直到所述輸入信號(hào)電壓和所加 算的電壓的總電壓變?yōu)榇笥诨虻扔谒龌鶞?zhǔn)信號(hào)電壓，并且在所述輸入 信號(hào)電壓和所加算的電壓的總電壓變?yōu)榇笥诨虻扔谒龌鶞?zhǔn)信號(hào)電壓時(shí) 保持所述總電壓；第四步，將存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)器中的所述計(jì)數(shù)值設(shè)定為 所述計(jì)數(shù)器中的初始值；以及第五步，比較所保持的總電壓與所述基準(zhǔn) 信號(hào)電壓。
優(yōu)選地，所述模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換方法還包括第六步將通過計(jì)數(shù)而獲得 的計(jì)數(shù)值加算到被存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)器中的所述計(jì)數(shù)值上，并輸出總和計(jì) 數(shù)值。
優(yōu)選地，所述模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換方法還包括如下步驟第六步，輸出通 過計(jì)數(shù)而獲得的計(jì)數(shù)值，并輸出被存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)器中的所述計(jì)數(shù)值； 以及第七步，使用后續(xù)級(jí)的邏輯電路來組合在第六步中輸出的各計(jì)數(shù)值。
根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，提供一種固體攝像裝置，其包括以下元 件像素部，所述像素部包括呈矩陣布置的多個(gè)像素，所述多個(gè)像素進(jìn) 行光電轉(zhuǎn)換；以及像素信號(hào)讀出電路，所述像素信號(hào)讀出電路以多個(gè)像 素為增量從所述像素部讀出像素信號(hào)。所述像素信號(hào)讀出電路包括以下 元件多個(gè)比較器，所述多個(gè)比較器對應(yīng)于所述多個(gè)像素的矩陣的各列 而布置著，所述多個(gè)比較器的各個(gè)比較器使輸入到該比較器的讀出信號(hào) 的電壓與基準(zhǔn)信號(hào)的電壓相比，如果所述輸入信號(hào)的電壓與所述基準(zhǔn)信 號(hào)的電壓一致則使輸出反轉(zhuǎn)；以及多個(gè)控制單元，所述多個(gè)控制單元的 工作分別根據(jù)所述多個(gè)比較器的輸出來控制，所述多個(gè)控制單元的各個(gè) 控制單元包括對所述多個(gè)比較器中的對應(yīng)比較器的比較時(shí)間進(jìn)行計(jì)數(shù)的 計(jì)數(shù)器。所述多個(gè)控制單元的各個(gè)控制單元包括以下元件對所述比較 器的比較時(shí)間進(jìn)行計(jì)數(shù)的所述計(jì)數(shù)器；控制電路，其監(jiān)測所述比較器的 輸出；電壓發(fā)生電路，如果由所述控制電路獲得的監(jiān)測結(jié)果表明所述比 較器的輸出處于預(yù)定電平，則所述電壓發(fā)生電路根據(jù)所述監(jiān)測結(jié)果產(chǎn)生 直流電壓；以及模擬加法器，其把由所述電壓發(fā)生電路產(chǎn)生的電壓加算到所述輸入信號(hào)上，并把總和信號(hào)供應(yīng)到所述比較器的輸入端子。
根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，提供一種照相機(jī)系統(tǒng)，其包括固體攝像 裝置和將目標(biāo)的光學(xué)圖像形成在所述固體攝像裝置上的光學(xué)系統(tǒng)。所述 固體攝像裝置包括以下元件像素部，其包括呈矩陣布置的多個(gè)像素， 所述多個(gè)像素進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換；以及像素信號(hào)讀出電路，所述像素信號(hào)讀 出電路以多個(gè)像素為增量從所述像素部讀出像素信號(hào)。所述像素信號(hào)讀 出電路包括以下元件多個(gè)比較器，所述多個(gè)比較器對應(yīng)于所述多個(gè)像 素的矩陣的各列而布置著，所述多個(gè)比較器的各個(gè)比較器使輸入到該比 較器的讀出信號(hào)的電壓與基準(zhǔn)信號(hào)的電壓相比，如果所述輸入信號(hào)的電 壓與所述電壓基準(zhǔn)信號(hào)的電壓一致，則使輸出反轉(zhuǎn)；以及多個(gè)控制單元，
所述多個(gè)控制單元的工作分別根據(jù)所述多個(gè)比較器的輸出來控制，所述 多個(gè)控制單元的各個(gè)控制單元包括對所述多個(gè)比較器中的對應(yīng)比較器的
比較時(shí)間進(jìn)行計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)器。所述多個(gè)控制單元的各個(gè)控制單元包括以 下元件對所述比較器的比較時(shí)間進(jìn)行計(jì)數(shù)的所述計(jì)數(shù)器；控制電路， 其監(jiān)測所述比較器的輸出；電壓發(fā)生電路，如果由所述控制電路獲得的 監(jiān)測結(jié)果表明所述比較器的輸出處于預(yù)定電平，則所述電壓發(fā)生電路根 據(jù)所述監(jiān)測結(jié)果產(chǎn)生直流電壓；以及模擬加法器，其把由所述電壓發(fā)生 電路產(chǎn)生的電壓加算到所述輸入信號(hào)上，并把總和信號(hào)供應(yīng)到所述比較 器的輸入端子。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，能夠以高精度擴(kuò)大動(dòng)態(tài)范圍而不會(huì)發(fā)生在AD 范圍之外(溢流)，并且能夠提高轉(zhuǎn)換處理的速度。


圖1是示出了 CMOS圖像傳感器中的像素的示例的圖，該像素包括 四個(gè)晶體管；
圖2是示出了具有列并行ADC的固體攝像裝置(CMOS圖像傳感器) 的示例性結(jié)構(gòu)的框圖3是示出了本發(fā)明實(shí)施例具有列并行ADC的固體攝像裝置 (CMOS圖像傳感器)的示例性結(jié)構(gòu)的框圖4是示出了第一實(shí)施例的ADC的示例性結(jié)構(gòu)的框圖；圖5是用于說明圖4所示的ADC的工作的時(shí)序圖6是示出了第一實(shí)施例的ADC的第一示例性結(jié)構(gòu)的電路圖7是用于說明圖6所示的ADC的工作的時(shí)序圖8是示出了第一實(shí)施例的ADC的第二示例性結(jié)構(gòu)的電路圖9是示出了第二實(shí)施例的ADC的示例性結(jié)構(gòu)的框圖10是用于說明圖9所示的ADC的工作的時(shí)序圖11是示出了第二實(shí)施例的ADC的示例性結(jié)構(gòu)的電路圖12是示出了在計(jì)數(shù)器模式下的計(jì)數(shù)器中包括各開關(guān)的連接狀態(tài) 的結(jié)構(gòu)的示意圖13是示出了在移位寄存器模式下的計(jì)數(shù)器中包括各開關(guān)的連接 狀態(tài)的結(jié)構(gòu)的示意圖14是用于說明圖ll所示的ADC的工作的時(shí)序圖15是示出了第三實(shí)施例的ADC的示例性結(jié)構(gòu)的電路圖；以及
圖16是示出了使用本發(fā)明實(shí)施例固體攝像裝置的照相機(jī)系統(tǒng)的示 例性結(jié)構(gòu)的圖。
具體實(shí)施例方式
下面，參照

本發(fā)明的實(shí)施例。
圖3是示出了本發(fā)明實(shí)施例具有列并行ADC的固體攝像裝置 (CMOS圖像傳感器)的示例性結(jié)構(gòu)的框圖。
如圖3所示，固體攝像裝置100包括用作攝像部的像素部110、垂 直掃描電路120、水平傳輸掃描電路130、時(shí)序控制電路140、用作像素 信號(hào)讀出電路的ADC組150、 DAC 160、放大器(S/H)電路170、信號(hào)處 理電路180和水平傳輸線190。在ADC組150中，并行地布置有多個(gè) ADC 200。
像素部110包括呈矩陣布置的像素。各個(gè)像素例如如圖1所示包括 光電二極管和內(nèi)置放大器。在固體攝像裝置100中，用于生成內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)的時(shí)序控制電路
140、用于控制行地址和行掃描的垂直掃描電路120以及用于控制列地址 和列掃描的水平傳輸掃描電路130被布置為用于從像素部110依次讀出 信號(hào)的控制電路。
ADC組150基本上包括多列的ADC 200。各個(gè)ADC 200包括比 較器151，其比較基準(zhǔn)電壓Vslop與通過各條垂直信號(hào)線從各行像素獲得 的模擬信號(hào)(電位Vsl)中的對應(yīng)信號(hào)，該基準(zhǔn)電壓Vslop具有通過把由 DAC 160產(chǎn)生的基準(zhǔn)電壓改變?yōu)殡A段狀電壓而獲得的斜坡波形；以及控 制單元152，其含有對比較時(shí)間進(jìn)行計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)器?？刂茊卧?52監(jiān)測比 較器151的輸出并根據(jù)該監(jiān)測結(jié)果產(chǎn)生直流(DC)電壓?？刂茊卧?52對 所產(chǎn)生的DC電壓和所輸入的模擬信號(hào)進(jìn)行模擬加法運(yùn)算，并將總和信 號(hào)供應(yīng)到比較器151的模擬信號(hào)輸入端子。
ADC組150包括列并行ADC組件，各個(gè)ADC組件具有n位數(shù)字信 號(hào)轉(zhuǎn)換功能。ADC組件對應(yīng)于各條垂直信號(hào)線(列線)而布置著。
各個(gè)控制單元的輸出例如與2n位寬度的水平傳輸線190連接。
對應(yīng)于水平傳輸線l卯，布置有2n個(gè)放大器電路170和信號(hào)處理電 路180 (圖3中只示出了一個(gè)放大器電路170和一個(gè)信號(hào)處理電路180)。
在ADC組150中，布置在各列中的各個(gè)比較器151使被讀出到對應(yīng) 垂直信號(hào)線的模擬像素信號(hào)Vsig (電位Vsl)與基準(zhǔn)電壓Vsl叩(具有某一 斜度并線性變化的傾斜波形或斜坡波形)相比。
在這種情況下，與比較器151同樣布置在各列中的計(jì)數(shù)器進(jìn)行工作。 當(dāng)具有斜坡波形的電位Vslop與計(jì)數(shù)值一一對應(yīng)地變化時(shí)，垂直信號(hào)線 的電位(模擬信號(hào))Vsl被轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。
基準(zhǔn)電壓Vslop的變化用于將電壓的變化轉(zhuǎn)換為時(shí)間的變化。通過 用某一周期(時(shí)鐘)對那個(gè)時(shí)間進(jìn)行計(jì)數(shù)，能夠?qū)㈦妷恨D(zhuǎn)換為數(shù)字值。
當(dāng)模擬電信號(hào)Vsl與基準(zhǔn)電壓Vslop相交時(shí)，比較器151的輸出被 反轉(zhuǎn)。停止對計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘信號(hào)輸入，或者重新開始已經(jīng)被停止的對計(jì) 數(shù)器的時(shí)鐘信號(hào)輸入。因此，完成了AD轉(zhuǎn)換。
16在上述AD轉(zhuǎn)換期間之后，水平傳輸掃描電路130通過水平傳輸線 190和放大器電路170將保持在控制單元中的數(shù)據(jù)輸入到信號(hào)處理電路 180，從而通過進(jìn)行預(yù)定的信號(hào)處理而生成二維圖像。
下面，詳細(xì)說明在具有該實(shí)施例特征結(jié)構(gòu)的ADC組(像素信號(hào)讀出 電路)150中的各個(gè)ADC的結(jié)構(gòu)和功能等。
第一實(shí)施例
圖4是示出了第一實(shí)施例的ADC的示例性結(jié)構(gòu)的框圖。
參照圖4，示出了ADC 200。此外，用附圖標(biāo)記210表示圖3中所 示的比較器151。
圖4所示的ADC 200包括比較器210(151)、對比較器210的比較時(shí) 間進(jìn)行計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)器220、監(jiān)測比較器210的輸出的控制電路230、根據(jù) 由控制電路230獲得的監(jiān)測結(jié)果而產(chǎn)生DC電壓的電壓發(fā)生電路240、與 比較器210的模擬信號(hào)(Vsig)輸入端子連接的電容器Cl、與電壓發(fā)生電 路240的輸出側(cè)連接的電容器C2、對經(jīng)過電容器C1的模擬信號(hào)Vsig與 經(jīng)過電容器C2的DC信號(hào)進(jìn)行加算的模擬加法器250以及數(shù)字信號(hào)校正 電路260。
在圖4所示的結(jié)構(gòu)中，模擬加法器250是線或(wired-OR)門。
比較器210使基準(zhǔn)波Vref與像素信號(hào)Vsig相比。例如，當(dāng)像素信 號(hào)Vsig到達(dá)基準(zhǔn)波Vref的電平時(shí)，也就是當(dāng)像素信號(hào)Vsig與基準(zhǔn)波Vref 相交時(shí)，比較器210將其輸出電平從低電平切換到高電平。
數(shù)字信號(hào)校正電路260具有使用控制電路230的信號(hào)S230和計(jì)數(shù)器 220的信號(hào)S220來計(jì)算AD轉(zhuǎn)換值的功能。
圖5是用于說明圖4所示的ADC的工作的時(shí)序圖。
下面，參照圖5說明圖4所示的ADC的工作。
工作
在期間A中，將基準(zhǔn)波Vref設(shè)定為固定電壓。
在這種情況下，如果比較器210的輸出是O V(低電平)，則控制電路230使用電壓發(fā)生電路240來產(chǎn)生固定電壓Va。由于設(shè)有電容器Cl和 C2，比較器210的輸入電壓按以下方式改變
△Vin=C2/(C 1+C2) x Va (1)
通過重復(fù)上述操作直到比較器210的輸出被反轉(zhuǎn)為高電平時(shí)，ADC 200的輸入范圍改變。
接著，在期間B中，產(chǎn)生了階段狀的基準(zhǔn)電壓Vref，并進(jìn)行計(jì)數(shù)操 作，從而進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換。
然后，將與比較器210的輸入電壓Vin的變化量AVin (圖5中的b) 對應(yīng)的計(jì)數(shù)值信息作為來自控制電路230的信號(hào)S230而發(fā)送到數(shù)字信號(hào) 校正電路260。
根據(jù)計(jì)數(shù)器220的輸出以及與AVin對應(yīng)的計(jì)數(shù)值，數(shù)字信號(hào)校正電 路260校正計(jì)數(shù)值并輸出被校正的計(jì)數(shù)值數(shù)據(jù)。
圖4所示的數(shù)字信號(hào)校正電路260的結(jié)構(gòu)和功能可以是普通數(shù)字信 號(hào)校正電路的結(jié)構(gòu)和功能。
此外，設(shè)定圖5中所示的a和b，使得a大于b，即b<a(=al+a2)。
在圖5中，盡管為了便于說明而使期間A和期間B具有基本上相同 的長度，但實(shí)際上期間A比期間B短很多。
通過進(jìn)行前述的工作，能夠減少期間B中的AD轉(zhuǎn)換時(shí)間。因此， 能夠使期間A與期間B的總時(shí)間比進(jìn)行普通AD轉(zhuǎn)換所花費(fèi)的時(shí)間短。
例如，當(dāng)aha2^1/2)a時(shí)，能夠使期間B減小到普通AD轉(zhuǎn)換的期 間的一半。即使當(dāng)將期間A加到期間B上時(shí)，期間A與期間B的總時(shí)間 也比普通情況下的時(shí)間短。
如上所述，當(dāng)在列ADC固體攝像裝置中使用該ADC 200時(shí)，把來 自像素的輸出信號(hào)作為圖4所示的輸入信號(hào)Vsig而輸入到比較器210 (151)，并把由DAC 160產(chǎn)生的信號(hào)作為圖4所示的基準(zhǔn)信號(hào)Vref而輸 入到比較器210(151)。此外，圖4所示的數(shù)據(jù)輸出(data output)被輸入
到固體攝像裝置的放大器電路170。
在這種情況下，基準(zhǔn)信號(hào)Vref對各列是共用的。另外，數(shù)字信號(hào)校正電路260可以如圖4所示那樣直接連接至ADC 200，或者可以設(shè)置在后續(xù)級(jí)的數(shù)字信號(hào)處理器(digital signal processor, DSP)中。
此外，不管數(shù)字信號(hào)校正電路260是如圖4所示那樣連接至ADC 200 還是設(shè)置在后續(xù)級(jí)的DSP中，數(shù)字信號(hào)校正電路260都能夠進(jìn)行固體攝 像裝置所特有的信號(hào)處理，諸如伽瑪校正(gamma correction)等。在這種 情況下，具有的優(yōu)點(diǎn)是，在該固體攝像裝置中不必要進(jìn)行線性補(bǔ)償。
接著，下面說明第一實(shí)施例的ADC的具體示例性結(jié)構(gòu)。
圖6是示出了第一實(shí)施例的ADC的第一示例性結(jié)構(gòu)的電路圖(以下 將圖6所示的ADC稱作"ADC 200A")。
參照圖6，計(jì)數(shù)器220包括2輸入與門221和多個(gè)(在圖6所示的示 例中是四個(gè))觸發(fā)器222~225。
比較器210的輸出S210被輸入到與門221的一個(gè)輸入，并且計(jì)數(shù)器 時(shí)鐘信號(hào)CTCK被輸入到與門221的另一個(gè)輸入。
與門221的輸出與第一級(jí)的觸發(fā)器222的時(shí)鐘輸入CK1連接。觸發(fā) 器222的數(shù)據(jù)輸出Q與下一級(jí)的觸發(fā)器223的時(shí)鐘輸入CK連接。觸發(fā) 器223的數(shù)據(jù)輸出Q與再下一級(jí)的觸發(fā)器224的時(shí)鐘輸入CK連接。觸 發(fā)器224的數(shù)據(jù)輸出Q與最終級(jí)的觸發(fā)器225的時(shí)鐘輸入CK連接。
控制電路230A包括2輸入或門231以及形成移位寄存器的觸發(fā)器 232和233。
比較器210的輸出S210被輸入到或門231的一個(gè)輸入，并且控制信 號(hào)CTL被輸入到或門231的另一個(gè)輸入。
或門231的輸出與觸發(fā)器232的時(shí)鐘輸入CK連接。觸發(fā)器232的 數(shù)據(jù)輸出Q與觸發(fā)器233的時(shí)鐘輸入CK連接。
觸發(fā)器232和233的數(shù)據(jù)輸出Q是線或的，從而產(chǎn)生被提供給電壓 發(fā)生電路240A的信號(hào)S231。
電壓發(fā)生電路240A包括開關(guān)241~244和連接在電源電位VDD與基 準(zhǔn)電位Vss之間的阻抗元件R240，開關(guān)241-244的端子a連接至阻抗元件R240的多個(gè)(圖6所示的示例中是四個(gè))分接頭(tap)，且端子b連通地 連接至電容器C2。
開關(guān)241~244響應(yīng)于從控制電路230A中的移位寄存器輸出的輸出 信號(hào)S231而選擇性地導(dǎo)通或斷開。結(jié)果，利用阻抗元件R240進(jìn)行分阻 而獲得的電壓Va經(jīng)過電容器C2被供應(yīng)到比較器210的模擬信號(hào)輸入端 子。
圖7是用于說明圖6所示的ADC的工作的時(shí)序圖。
下面，參照圖7說明圖6所示的ADC的工作。
在輸入信號(hào)電壓Vsig的時(shí)間點(diǎn)上，將基準(zhǔn)電壓Vref固定為最小值。
將控制信號(hào)(時(shí)鐘信號(hào))CTL輸入到控制電路230A的或門231。當(dāng)輸 入信號(hào)Vsig大于或等于基準(zhǔn)電壓Vref的最小值時(shí)，比較器210以高電平 輸出信號(hào)S210。因此，控制電路230A中的移位寄存器不工作。
反之，當(dāng)輸入信號(hào)Vsig小于基準(zhǔn)電壓Vref的最小值時(shí)，比較器210 以低電平輸出信號(hào)S210。因此，控制電路230A中的移位寄存器工作， 并且，根據(jù)該移位寄存器的輸出信號(hào)S231，電壓發(fā)生電路240A中的開 關(guān)241 244導(dǎo)通。結(jié)果，產(chǎn)生了電壓Va，并且如圖7所示，比較器210 的輸入電位Vin改變。
重復(fù)上述操作，在比較器210的輸出到達(dá)高電平的時(shí)間點(diǎn)上，控制 電路230A停止工作，電壓Va停止改變。
接著，將基準(zhǔn)電壓Vref設(shè)定為開始電壓。將基準(zhǔn)波Vref改變?yōu)殡A 段狀電壓，并且計(jì)數(shù)器220使用計(jì)數(shù)器時(shí)鐘信號(hào)CTCK進(jìn)行計(jì)數(shù)操作， 從而進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換。
計(jì)數(shù)器220的內(nèi)部值和控制電路230A中的移位寄存器的值被讀出 并組合在一起，從而產(chǎn)生輸入信號(hào)Vsig的精確AD轉(zhuǎn)換值。
應(yīng)當(dāng)注意，電壓Va不必具有相等的臺(tái)階；電壓Va可以是任何方式 的臺(tái)階狀，只要能夠識(shí)別對應(yīng)于各個(gè)臺(tái)階的計(jì)數(shù)值即可。
當(dāng)該ADC 200A應(yīng)用于列ADC固體攝像裝置時(shí)，如果對全部列共用 的基準(zhǔn)波被輸入到全部列中時(shí)，則所述最小值在全部列中被設(shè)定為共用值。
根據(jù)本實(shí)施例，能夠擴(kuò)大ADC的動(dòng)態(tài)范圍。
當(dāng)要對用于AD轉(zhuǎn)換的基準(zhǔn)波進(jìn)行處理從而改變斜波的斜度(改變增 益)時(shí)，P相和D相必須具有相同的斜度，這是很難實(shí)現(xiàn)的。因而進(jìn)行高 精度的AD轉(zhuǎn)換變得困難。
對此，在本實(shí)施例中，不必對基準(zhǔn)波Vref進(jìn)行處理。因此，不會(huì)出 現(xiàn)上述問題，因而能夠進(jìn)行高精度的AD轉(zhuǎn)換。
當(dāng)使用多個(gè)斜波(雙斜度，double-slope)時(shí)，是利用不同的電路來產(chǎn) 生這些斜波的。因而難以使斜波的斜度相等，因此，難以很好地組合這 些斜波并進(jìn)行精確的AD轉(zhuǎn)換。
對此，在本實(shí)施例中，通過簡單的加法運(yùn)算就能容易地組合期間A 中的計(jì)數(shù)和期間B中的計(jì)數(shù)。因此，能夠進(jìn)行精確的AD轉(zhuǎn)換。
在改變斜波斜度的方法的情況下，除了加法和減法運(yùn)算之外，還需 要乘法運(yùn)算，這涉及大的電路結(jié)構(gòu)。
對此，在本實(shí)施例中，只需要使用小電路結(jié)構(gòu)就能實(shí)現(xiàn)的加法和減 法運(yùn)算。在使用了多個(gè)斜波的方法的情況下，由于利用不同電路來產(chǎn)生 這些斜波，因此必須使用大的電路結(jié)構(gòu)。然而，在本實(shí)施例中不會(huì)出現(xiàn) 這個(gè)問題。也就是說，根據(jù)本實(shí)施例，能夠抑制電路規(guī)模的增大。
當(dāng)使用普通基準(zhǔn)信號(hào)(斜度)時(shí)，如果輸入信號(hào)在第一基準(zhǔn)信號(hào)的范 圍之外，則必須在第一基準(zhǔn)信號(hào)之后接著產(chǎn)生第二、第三、…基準(zhǔn)信號(hào)(對 應(yīng)于期間B)。必須使輸入信號(hào)與不同的基準(zhǔn)信號(hào)相比，直到輸入信號(hào)變 為在基準(zhǔn)信號(hào)的范圍之內(nèi)。因此，進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換所花費(fèi)的時(shí)間較長。
對此，根據(jù)本實(shí)施例，期間A的時(shí)間比期間B的時(shí)間短。不同于前 述的需要重復(fù)期間B的普通情況，只具有一個(gè)期間B的本實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn) 在于，能夠減少進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換所花費(fèi)的時(shí)間。
另外，現(xiàn)有技術(shù)在確定偏置電壓的產(chǎn)生時(shí)存在困難，除非ADC有一 次變?yōu)樵谳斎敕秶?。因此，存在著ADC至少有一次發(fā)生在AD范圍 之外(溢流)的問題。對此，根據(jù)本實(shí)施例，偏置電壓被加算到模擬輸入信號(hào)上。因此， 在不引起溢流的情況下就能擴(kuò)大動(dòng)態(tài)范圍，并且能夠提高AD轉(zhuǎn)換的精 度。
在使用多個(gè)基準(zhǔn)信號(hào)(斜度信號(hào))的技術(shù)中，這些基準(zhǔn)信號(hào)具有不同
的斜度并且不能很好地組合。結(jié)果，AD轉(zhuǎn)換的精度下降。
對此，在本實(shí)施例中，在不引起上述問題的情況下就能擴(kuò)大動(dòng)態(tài)范 圍，并能提高AD轉(zhuǎn)換的精度。
也就是說，根據(jù)本實(shí)施例，能夠同時(shí)提高AD轉(zhuǎn)換的速度和精度。
此外，根據(jù)本實(shí)施例，能夠讓用于產(chǎn)生基準(zhǔn)信號(hào)的DAC的振幅變小， 并且能夠使AD轉(zhuǎn)換的輸入范圍降低。因此，能夠降低ADC和DAC的 功耗。
另外，改變基準(zhǔn)信號(hào)的方法在提高AD轉(zhuǎn)換的精度時(shí)存在困難。然 而，根據(jù)本實(shí)施例，能夠提高AD轉(zhuǎn)換的精度。
圖8是示出了第一實(shí)施例的ADC的第二示例性結(jié)構(gòu)的電路圖。
圖8所示的ADC 200B在以下方面不同于圖6所示的ADC 200A。 移位寄存器被用在控制電路230B中，并且觸發(fā)器232和233分別輸出控 制信號(hào)S232和S233。在電壓發(fā)生電路240B中，多個(gè)(圖8所示的示例 中是兩個(gè))DC信號(hào)Val和Va2分別經(jīng)過多個(gè)電容器C2和C3與比較器 210的模擬信號(hào)輸入端子連接。
電壓發(fā)生電路240B包括開關(guān)電路245和246。
開關(guān)電路245具有連接至電源電位Val的端子a、連接至基準(zhǔn)電位 Vss的端子b和連接至電容器C2的端子c。開關(guān)電路245根據(jù)來自控制 電路230B的控制信號(hào)S232在端子c和端子a的連接以及端子c和端子 b的連接之間切換。
開關(guān)電路246具有連接至電源電位Va2的端子a、連接至基準(zhǔn)電位 Vss的端子b和連接至電容器C3的端子c。開關(guān)電路246根據(jù)來自控制 電路230B的控制信號(hào)S233在端子c和端子a的連接以及端子c和端子 b的連接之間切換。在圖8所示的示例中，輸入到比較器210中的信號(hào)的變化量如下所
示
△Vin=(C2/(Cl+C2+C3) x Val)+(C3/(C1+C2+C3) x Va2) (2)
通過設(shè)定適當(dāng)?shù)碾妷罕然螂娙荼?，能夠調(diào)整比較器210的輸入電壓 Vin。例如，如果C2=C3并且Val=2xVa2，則能夠獲得如下的輸入電壓 Vin的變化量
△Vin=(C2/(Cl+2xC2) x Val)+(C2/(Cl+2xC2) x Va2) (3)
因此，通過組合控制電路230B中的移位寄存器的控制信號(hào)S232和 S233，能夠以相等的臺(tái)階改變輸入電壓Vin。
在圖8所示的示例中，具有兩個(gè)電源系統(tǒng)的電壓發(fā)生電路240B能夠 按以下四個(gè)階段來加算電壓Val和Va2都斷開；Val導(dǎo)通且Va2斷開； Val斷開且Va2導(dǎo)通；Val和Va2都導(dǎo)通。也就是說，電壓發(fā)生電路240B 能夠進(jìn)行2位的電壓加法運(yùn)算。
第二示例性結(jié)構(gòu)具有與上述第一示例性結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)類似的優(yōu)點(diǎn)。 第二實(shí)施例
圖9是示出了第二實(shí)施例的ADC的示例性結(jié)構(gòu)的框圖。
除了包括圖4所示第一實(shí)施例的ADC 200的結(jié)構(gòu)之外，第二實(shí)施例 的ADC 200C還包括能夠設(shè)定初始值的存儲(chǔ)器270。根據(jù)來自控制電路 230的信號(hào)S230，能夠選擇不同的計(jì)數(shù)器220初始值。
圖IO是用于說明圖9所示的ADC的工作的時(shí)序圖。
下面，參照圖IO說明圖9所示的ADC的工作。
工作
在期間A中，將信號(hào)電壓Vsig、來自電壓發(fā)生電路240的電壓Va 和基準(zhǔn)波Vref設(shè)定為固定電壓。比較器210的輸出由控制電路230確定， 并且電壓發(fā)生電路240的輸出電壓Va被切換。
當(dāng)比較器210的輸出是OV時(shí)，控制電路230使用電壓發(fā)生電路240 來產(chǎn)生固定電壓Va，并改變ADC 200C的輸入范圍。接著，在期間B'中，在設(shè)定控制電路230的基礎(chǔ)上，把與使用電壓 發(fā)生電路240在那時(shí)產(chǎn)生的電壓對應(yīng)的計(jì)數(shù)值設(shè)定為計(jì)數(shù)器220中的初 始值。
然后，在期間B中，產(chǎn)生了階段狀的基準(zhǔn)電壓Vref，并進(jìn)行計(jì)數(shù)操 作，從而進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換。
上述對操作的說明中所給出的AD轉(zhuǎn)換方法，是通過在將存儲(chǔ)器270 中的值設(shè)定為計(jì)數(shù)器220中的初始值之后進(jìn)行計(jì)數(shù)而進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換的方 法?？蛇x地，還能夠進(jìn)行以下的AD轉(zhuǎn)換方法。
也就是說，例如還可采用如下方法通過進(jìn)行計(jì)數(shù)操作、使存儲(chǔ)器 270中的值和計(jì)數(shù)值進(jìn)行加算并將總和輸出而進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換的方法，或者 分別輸出計(jì)數(shù)值和存儲(chǔ)器值并使用邏輯電路來組合該計(jì)數(shù)值和該存儲(chǔ)器 值的方法。
與第一實(shí)施例相比，第二實(shí)施例能夠在ADC 200C中進(jìn)行前述的AD 轉(zhuǎn)換。
當(dāng)將該ADC 200C應(yīng)用于列ADC固體攝像裝置時(shí)，把來自像素的輸 出信號(hào)作為圖9所示的輸入信號(hào)Vsig而輸入到比較器210，并且把由DAC 160產(chǎn)生的信號(hào)作為圖9所示的基準(zhǔn)信號(hào)Vref而輸入到比較器210。此 外，圖9所示的數(shù)據(jù)輸出被輸入到固體攝像裝置的放大器電路170。
在這種情況下，基準(zhǔn)信號(hào)Vref對各列是共用的。
接著，下面說明第二實(shí)施例的ADC的具體示例性結(jié)構(gòu)。
圖11是示出了第二實(shí)施例的ADC的示例性結(jié)構(gòu)的框圖。
參照圖11，計(jì)數(shù)器220D包括能夠進(jìn)行串行輸入/輸出的觸發(fā)器 FF0 FF(N-1)、分別布置在觸發(fā)器FF0 FF(N-1)的數(shù)據(jù)輸入D的輸入級(jí)處 的開關(guān)SW10 SW1(N-1)以及分別布置在觸發(fā)器FF0 FF(N-1)的時(shí)鐘輸入 CK的輸入級(jí)處的開關(guān)SW20~SW2(N-1)。
在計(jì)數(shù)器220D中，開關(guān)SW10具有與觸發(fā)器FFO的反轉(zhuǎn)輸出/Q (這 里的"/"表示反轉(zhuǎn))相連接的端子a、與存儲(chǔ)器270D中所包括的計(jì)數(shù)器 初始值輸入選擇電路271的輸出相連接的端子b以及與觸發(fā)器FFO的數(shù)據(jù)輸入D相連接的端子C。
開關(guān)SW11具有與觸發(fā)器FF1的反轉(zhuǎn)輸出/Q相連接的端子a、與前 級(jí)的觸發(fā)器FF0的數(shù)據(jù)輸出Q相連接的端子b以及與觸發(fā)器FF1的數(shù)據(jù) 輸入D相連接的端子c。
類似地，開關(guān)SW1(N-1)具有與觸發(fā)器FF(N-1)的反轉(zhuǎn)輸出/Q相連接 的端子a、與前級(jí)的觸發(fā)器FF(N-2)的數(shù)據(jù)輸出Q相連接的端子b以及與 觸發(fā)器FF(N-1)的數(shù)據(jù)輸入D相連接的端子c。
在計(jì)數(shù)器220D中，開關(guān)SW20具有與2輸入與門280的輸出相連 接的端子a、與用于供應(yīng)移位寄存器時(shí)鐘信號(hào)SFCK的線相連接的端子b 以及與觸發(fā)器FF0的時(shí)鐘輸入CK相連接的端子c。
開關(guān)SW21具有與前級(jí)的觸發(fā)器FFO的數(shù)據(jù)輸出Q相連接的端子a、 與用于供應(yīng)移位寄存器時(shí)鐘信號(hào)SFCK的線相連接的端子b以及與觸發(fā) 器FF1的時(shí)鐘輸入CK相連接的端子c。
類似地，開關(guān)SW2(N-1)具有與前級(jí)的觸發(fā)器FF(N-2)的數(shù)據(jù)輸出Q 相連接的端子a、與用于供應(yīng)移位寄存器時(shí)鐘信號(hào)SFCK的線相連接的端 子b以及與觸發(fā)器FF(N-1)的時(shí)鐘輸入CK相連接的端子c。
2輸入與門280具有與比較器210的輸出相連接的一個(gè)輸入、與用 于供應(yīng)計(jì)數(shù)器時(shí)鐘信號(hào)CTCK的線相連接的另一輸入以及與計(jì)數(shù)器220D 中的開關(guān)SW20的端子a相連接的輸出。
計(jì)數(shù)器220D中的開關(guān)SW10 SW1(N-1)和開關(guān)SW20 SW2(N-1)受到
控制，并響應(yīng)于計(jì)數(shù)器與移位寄存器之間切換信號(hào)(以下稱作"切換信號(hào)") CSSW進(jìn)行切換。
對于開關(guān)SW10 SW1(N-1)和開關(guān)SW20~SW2(N-1)，如果切換信號(hào) CSSW處于高電平(計(jì)數(shù)器模式)，則端子a與端子c連接；如果切換信號(hào) CSSW處于低電平(移位寄存器模式)，則端子b與端子c連接。
圖12是示出了在計(jì)數(shù)器模式下的計(jì)數(shù)器中包括各開關(guān)的連接狀態(tài) 的結(jié)構(gòu)的示意圖。
圖13是示出了在移位寄存器模式下的計(jì)數(shù)器中包括各開關(guān)的連接狀態(tài)的結(jié)構(gòu)的示意圖。
如圖12所示，在計(jì)數(shù)器模式下的計(jì)數(shù)器220D中，當(dāng)比較器210的 輸出處于高電平時(shí)，第一級(jí)的觸發(fā)器FFO在時(shí)鐘輸入CK處接收計(jì)數(shù)器 時(shí)鐘信號(hào)CTCK并鎖存自身的反轉(zhuǎn)輸出數(shù)據(jù)。
第二級(jí)以下的觸發(fā)器FF1~FF(N-1)接收各自的前級(jí)觸發(fā)器 FF0 FF(N-2)的數(shù)據(jù)輸出并鎖存自身的反轉(zhuǎn)輸出數(shù)據(jù)。
如圖13所示，在移位寄存器模式下的計(jì)數(shù)器220D中，觸發(fā)器 FFO FF(N-1)是級(jí)聯(lián)的(cascade-connected)，并且移位寄存器時(shí)鐘信號(hào) SFCK被輸入到觸發(fā)器FF0 FF(N-1)的時(shí)鐘輸入CK。
計(jì)數(shù)器初始值輸入選擇電路271的輸出被輸入到第一級(jí)的觸發(fā)器 FFO的數(shù)據(jù)輸入D。
控制電路230D包括2輸入或門231和觸發(fā)器232。
比較器210的輸出S210被供應(yīng)到或門231的一個(gè)輸入，并且控制信 號(hào)CTL被供應(yīng)到或門231的另一個(gè)輸入。
或門231的輸出與觸發(fā)器232的時(shí)鐘輸入CK連接。觸發(fā)器232的 數(shù)據(jù)輸出Q作為控制信號(hào)S232而被供應(yīng)到電壓發(fā)生電路240D。
電壓發(fā)生電路240D包括開關(guān)電路245。
開關(guān)電路245具有連接至電源電位Va的端子a、連接至基準(zhǔn)電位 Vss的端子b以及連接至電容器C2的端子c。開關(guān)電路245根據(jù)來自控 制電路230D的控制信號(hào)S232在端子c和端子a的連接以及端子c和端 子b的連接之間切換。
存儲(chǔ)器270D包括計(jì)數(shù)器初始值輸入選擇電路271。
計(jì)數(shù)器初始值輸入選擇電路271具有與選擇Va時(shí)的初始值輸入線相 連接的端子a、與通常的初始值輸入線相連接的端子b以及與計(jì)數(shù)器220D 中的開關(guān)SW10的端子b相連接的端子c。
計(jì)數(shù)器初始值輸入選擇電路271根據(jù)來自控制電路230D的控制信 號(hào)S232在端子c和端子a的連接以及端子c和端子b的連接之間切換。這樣，該結(jié)構(gòu)是使用了能夠進(jìn)行移位寄存器操作的計(jì)數(shù)器220D的
示例。由于該計(jì)數(shù)器是用移位寄存器實(shí)現(xiàn)的，因此能夠選擇初始值。在
前述的示例中，能夠使用來自于控制電路230D的輸出控制信號(hào)S232來 設(shè)定兩個(gè)初始值。
圖H是用于說明圖ll所示的ADC的工作的時(shí)序圖。
下面參照圖14說明圖11所示的ADC的工作。
工作
在期間A之前，在OV情況和Va情況的各個(gè)情況下(這是因?yàn)樵诒?示例中由電壓發(fā)生電路240D產(chǎn)生的電壓為OV和Va;當(dāng)產(chǎn)生了各種電 壓時(shí)，則在各個(gè)所產(chǎn)生的電壓的情況下進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換)進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，并 且分別測量由電壓發(fā)生電路240D產(chǎn)生的OV情況與Va情況之間的計(jì)數(shù) 差分。將該計(jì)數(shù)差分保存在存儲(chǔ)器270D中或者后續(xù)級(jí)的DSP中。
在期間A中，比較器210進(jìn)行比較操作并且確定在比較器210的輸 出從低電平變到高電平時(shí)把一電壓加算到電壓發(fā)生電路240D上的操作。 同時(shí)，選擇了計(jì)數(shù)器初始值。
在期間B'中，設(shè)定計(jì)數(shù)器220D的初始值。在圖14中，由于具有輸 入電壓Va，因此作為計(jì)數(shù)值c的計(jì)數(shù)差分被設(shè)定為在輸入電壓Va時(shí)的 計(jì)數(shù)器220D的初始值。
在期間B中，計(jì)數(shù)器220D進(jìn)行計(jì)數(shù)操作。該計(jì)數(shù)操作的結(jié)果是被 校正的(包括計(jì)數(shù)差分c的)AD轉(zhuǎn)換值。
當(dāng)使用電壓發(fā)生電路240D的輸入是Va時(shí)，圖11所示的計(jì)數(shù)器初 始值輸入選擇電路271選擇了選擇Va時(shí)的初始值輸入，并且當(dāng)使用電壓 發(fā)生電路240D的輸入是OV時(shí)，該電路271選擇了通常的初始值輸入。 在Va的情況下，將計(jì)數(shù)差分c作為初始值而輸入到計(jì)數(shù)器220D。
該示例性結(jié)構(gòu)具有與前述優(yōu)點(diǎn)類似的優(yōu)點(diǎn)。
第三實(shí)施例
圖15是示出了第三實(shí)施例的列ADC的示例性結(jié)構(gòu)的框圖。 第三實(shí)施例的列ADC各自以列為單位包括存儲(chǔ)器270E和能夠被設(shè)定初始值的計(jì)數(shù)器220E。根據(jù)來自控制電路230E的信號(hào)，能夠選擇不 同的計(jì)數(shù)器220E初始值。該陣列結(jié)構(gòu)包括共用的基準(zhǔn)信號(hào)Vref和共用 的電壓發(fā)生源290。
參照圖15，電壓發(fā)生源290對全部列是共用的，并且被布置在各列 ADC的外部。由于只有一個(gè)電壓發(fā)生源290，因此電路規(guī)模不會(huì)增大太 多。
作為前述結(jié)構(gòu)的變形，全部列可以共用一計(jì)數(shù)器初始值存儲(chǔ)器，并 且各個(gè)計(jì)數(shù)器220E的初始值可以通過各控制電路230E中的對應(yīng)控制電 路來選擇。
可選地，該結(jié)構(gòu)可以包括被全部列所共用的存儲(chǔ)器和用于各列的存 儲(chǔ)器。計(jì)數(shù)器初始值的高階位被存儲(chǔ)在該共用存儲(chǔ)器中，隨不同列而不 同的低階位(約2位)被存儲(chǔ)在該用于各列的存儲(chǔ)器中。因此，能夠校正每 個(gè)列的差異。由于每個(gè)列的差異限于低階位，因此除了具有差異的那些 位之外的位被保持在共用存儲(chǔ)器中，并且只有具有差異的那些位以列為 單位而被單獨(dú)保持。
除了具有與前述實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)類似的優(yōu)點(diǎn)之外，第三實(shí)施例還具有 以下優(yōu)點(diǎn)。
在列ADC的情況下，可以分別地進(jìn)行校正，并因此能夠抑制差異。
如上所述，、根據(jù)實(shí)施例，固體攝像裝置包括像素部IIO和以行為單 位從像素部110讀出數(shù)據(jù)的像素信號(hào)讀出電路(ADC組)150，在該像素 部110中以矩陣布置有進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換的多個(gè)像素。ADC組(像素信號(hào)讀出 電路)150包括多列的ADC 200。各個(gè)ADC 200包括比較器210，其比 較基準(zhǔn)電壓Vslop與通過各條垂直信號(hào)線從各行像素獲得的模擬信號(hào)(電 位Vsl)中的對應(yīng)信號(hào)，該基準(zhǔn)電壓Vslop具有通過把由DAC 160產(chǎn)生的 基準(zhǔn)電壓改變?yōu)殡A段狀電壓而獲得的斜坡波形；以及含有對比較時(shí)間進(jìn) 行計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)器的控制單元152?？刂茊卧?52監(jiān)測比較器210的輸出并 根據(jù)該監(jiān)測結(jié)果產(chǎn)生DC電壓?？刂茊卧?52對所產(chǎn)生的DC電壓和所輸 入的模擬信號(hào)進(jìn)行模擬加法運(yùn)算，并將總和信號(hào)供應(yīng)到比較器210的模 擬信號(hào)輸入端子。在本實(shí)施例中，比較器210使輸入信號(hào)電壓Vsig與基準(zhǔn)信號(hào)電壓 Vref相比，并且控制電路230E監(jiān)測該比較結(jié)果。當(dāng)輸入信號(hào)電壓Vsig 小于基準(zhǔn)信號(hào)電壓Vref時(shí)，將一電壓加算到輸入信號(hào)電壓Vsig上。例如， 與所加算的電壓對應(yīng)的計(jì)數(shù)值被存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中。重復(fù)該操作，直到輸 入信號(hào)電壓Vsig和所加算的電壓的總電壓變?yōu)榇笥诨虻扔诨鶞?zhǔn)信號(hào)電壓 Vref。在輸入信號(hào)電壓Vsig和所加算的電壓的總電壓變?yōu)榇笥诨虻扔诨?準(zhǔn)信號(hào)電壓Vref時(shí)，保持該總電壓。把存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的計(jì)數(shù)值設(shè)定為 計(jì)數(shù)器中的初始值。使所保持的總電壓與基準(zhǔn)信號(hào)電壓Vref相比。因此， 能夠獲得以下優(yōu)點(diǎn)。
能夠擴(kuò)大ADC的動(dòng)態(tài)范圍。
根據(jù)本實(shí)施例，能夠提高AD轉(zhuǎn)換的速度。另外，與改變基準(zhǔn)波的 方法相比，能夠以高精度進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換。
此外，能夠降低ADC和DAC的功耗。
在列ADC的情況下，能夠分別地進(jìn)行校正，并因此能夠抑制差異。
具有這些優(yōu)點(diǎn)的固體攝像裝置能夠用于數(shù)碼相機(jī)或攝像機(jī)中的攝像 裝置。
圖16是示出了使用本發(fā)明實(shí)施例固體攝像裝置的照相機(jī)系統(tǒng)的示 例性結(jié)構(gòu)的圖。
如圖16所示，照相機(jī)系統(tǒng)300包括采用了本實(shí)施例固體攝像裝置的 攝像裝置310、用于將入射光導(dǎo)入至攝像裝置310的像素區(qū)域(這形成了 目標(biāo)的圖像)的光學(xué)系統(tǒng)、根據(jù)入射光在攝像面上形成圖像的透鏡320、 用于驅(qū)動(dòng)攝像裝置310的驅(qū)動(dòng)電路(DRV) 330以及用于處理攝像裝置310 的輸出信號(hào)Vout的信號(hào)處理電路(PRC) 340。
驅(qū)動(dòng)電路330包括時(shí)序發(fā)生器(圖16中未圖示)，該時(shí)序發(fā)生器產(chǎn)生 各種時(shí)序信號(hào)，這些時(shí)序信號(hào)包括時(shí)鐘脈沖和用于驅(qū)動(dòng)攝像裝置310中 的電路的開始脈沖。驅(qū)動(dòng)電路330使用預(yù)定的時(shí)序信號(hào)來驅(qū)動(dòng)攝像裝置 310。
在信號(hào)處理電路340中處理的圖像信號(hào)被記錄在諸如存儲(chǔ)器等記錄介質(zhì)上。使用打印機(jī)等裝置來產(chǎn)生被記錄在該記錄介質(zhì)上的圖像信息的
硬拷貝文本。此外，在信號(hào)處理電路340中處理的圖像信號(hào)在包括液晶
顯示器等的監(jiān)視器上被顯示為運(yùn)動(dòng)圖像。
如上所述，諸如數(shù)碼照相機(jī)等攝像裝置包括上述的作為攝像裝置310 的固體攝像裝置IOO，從而實(shí)現(xiàn)高精度的照相機(jī)。
本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，依據(jù)不同的設(shè)計(jì)要求和其他因素，可以 在本發(fā)明所附的權(quán)利要求或其等同物的范圍內(nèi)進(jìn)行各種修改、組合、次 組合以及改變。
權(quán)利要求
1.一種將模擬輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其包括比較器，其比較基準(zhǔn)信號(hào)與輸入信號(hào)，并且如果所述輸入信號(hào)與所述基準(zhǔn)信號(hào)一致則使輸出反轉(zhuǎn)；計(jì)數(shù)器，其對所述比較器的比較時(shí)間進(jìn)行計(jì)數(shù)；控制電路，其監(jiān)測所述比較器的輸出；電壓發(fā)生電路，如果由所述控制電路獲得的監(jiān)測結(jié)果表明所述比較器的輸出處于預(yù)定電平，則所述電壓發(fā)生電路根據(jù)所述監(jiān)測結(jié)果產(chǎn)生直流電壓；以及模擬加法器，其把由所述電壓發(fā)生電路產(chǎn)生的電壓加算到所述輸入信號(hào)上，并把總和信號(hào)供應(yīng)到所述比較器的輸入端子。
2. 如權(quán)利要求l所述的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其中，由所述電壓發(fā)生電 路產(chǎn)生的電壓和所述輸入信號(hào)各自經(jīng)過電容器而被供應(yīng)。
3. 如權(quán)利要求2所述的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其中，所述電壓發(fā)生電路 能夠產(chǎn)生多個(gè)電壓，并且所述多個(gè)電壓經(jīng)過各自的電容器而被供應(yīng)。
4. 如權(quán)利要求l所述的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其還包括數(shù)字信號(hào)校正電路，所述數(shù)字信號(hào)校正電路使用由所述控制電路獲得的信號(hào)和所述計(jì)數(shù) 器的輸出信號(hào)來計(jì)算模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換值。
5. 如權(quán)利要求l所述的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其中，所述計(jì)數(shù)器的初始值能夠被設(shè)定，并且所述模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器還包括選擇電路，所述選擇電路能夠根據(jù) 來自所述控制電路的信號(hào)從所述計(jì)數(shù)器的多個(gè)初始值中選擇任意初始 值。
6. 如權(quán)利要求5所述的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其中，所述計(jì)數(shù)器包括能夠進(jìn)行串行輸入/輸出的多個(gè)觸發(fā)器，并且所述計(jì)數(shù)器能夠根據(jù)計(jì)數(shù)器模 式和移位寄存器模式進(jìn)行工作，在所述計(jì)數(shù)器模式時(shí)，所述多個(gè)觸發(fā)器的各個(gè)觸發(fā)器的數(shù)據(jù)輸出被 供應(yīng)到下一級(jí)的觸發(fā)器的時(shí)鐘輸入，如果所述比較器的輸出處于預(yù)定電 平，則所述計(jì)數(shù)器起到與計(jì)數(shù)器時(shí)鐘信號(hào)同步的計(jì)數(shù)器的作用，而在所述移位寄存器模式時(shí)，所述多個(gè)觸發(fā)器是級(jí)聯(lián)的，所選擇的 初始值被輸入到所述計(jì)數(shù)器，所述計(jì)數(shù)器起到與移位寄存器時(shí)鐘信號(hào)同 步的移位寄存器的作用。
7. —種模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換方法，其包括以下步驟 第一步，比較輸入信號(hào)電壓與基準(zhǔn)信號(hào)電壓；第二步，監(jiān)測比較結(jié)果，如果所述輸入信號(hào)電壓小于所述基準(zhǔn)信號(hào) 電壓則將一電壓加算到所述輸入信號(hào)電壓上，并將與所加算的電壓對應(yīng) 的計(jì)數(shù)值存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中；第三步，重復(fù)第一步和第二步，直到所述輸入信號(hào)電壓和所加算的 電壓的總電壓變?yōu)榇笥诨虻扔谒龌鶞?zhǔn)信號(hào)電壓，并且在所述輸入信號(hào) 電壓和所加算的電壓的總電壓變?yōu)榇笥诨虻扔谒龌鶞?zhǔn)信號(hào)電壓時(shí)保持 所述總電壓；第四步，將存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)器中的所述計(jì)數(shù)值設(shè)定為所述計(jì)數(shù)器中 的初始值；以及第五步，比較所保持的總電壓與所述基準(zhǔn)信號(hào)電壓。
8. 如權(quán)利要求7所述的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換方法，其還包括第六步將通 過計(jì)數(shù)而獲得的計(jì)數(shù)值加算到被存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)器中的所述計(jì)數(shù)值上， 并輸出總和計(jì)數(shù)值。
9. 如權(quán)利要求7所述的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換方法，其還包括如下步驟 第六步，輸出通過計(jì)數(shù)而獲得的計(jì)數(shù)值，并輸出被存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)器中的所述計(jì)數(shù)值；以及第七步，使用后續(xù)級(jí)的邏輯電路來組合在第六步中輸出的各計(jì)數(shù)值。
10. —種固體攝像裝置，其包括像素部，所述像素部包括呈矩陣 布置的多個(gè)像素，所述多個(gè)像素進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換；以及像素信號(hào)讀出電路， 所述像素信號(hào)讀出電路以多個(gè)像素為增量從所述像素部讀出像素信號(hào)，其中，所述像素信號(hào)讀出電路包括多個(gè)比較器，所述多個(gè)比較器對應(yīng)于所述多個(gè)像素的矩陣的各列而 布置著，所述多個(gè)比較器的各個(gè)比較器使輸入到該比較器的讀出信號(hào)的 電壓與基準(zhǔn)信號(hào)的電壓相比，如果所述輸入信號(hào)的電壓與所述基準(zhǔn)信號(hào) 的電壓一致，則使輸出反轉(zhuǎn)；以及多個(gè)控制單元，所述多個(gè)控制單元的工作分別根據(jù)所述多個(gè)比較器 的輸出來控制，所述多個(gè)控制單元的各個(gè)控制單元包括對所述多個(gè)比較 器中的對應(yīng)比較器的比較時(shí)間進(jìn)行計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)器，并且所述多個(gè)控制單元的各個(gè)控制單元包括對所述比較器的比較時(shí)間進(jìn)行計(jì)數(shù)的所述計(jì)數(shù)器；控制電路，其監(jiān)測所述比較器的輸出；電壓發(fā)生電路，如果由所述控制電路獲得的監(jiān)測結(jié)果表明所述比較 器的輸出處于預(yù)定電平，則所述電壓發(fā)生電路根據(jù)所述監(jiān)測結(jié)果產(chǎn)生直 流電壓；以及模擬加法器，其把由所述電壓發(fā)生電路產(chǎn)生的電壓加算到所述輸入 信號(hào)上，并把總和信號(hào)供應(yīng)到所述比較器的輸入端子。
11. 如權(quán)利要求IO所述的固體攝像裝置，其中，由所述電壓發(fā)生電 路產(chǎn)生的電壓和所述輸入信號(hào)各自經(jīng)過電容器而被供應(yīng)。
12. 如權(quán)利要求ll所述的固體攝像裝置，其中，所述電壓發(fā)生電路 能夠產(chǎn)生多個(gè)電壓，并且所述多個(gè)電壓經(jīng)過各自的電容器而被供應(yīng)。
13. 如權(quán)利要求IO所述的固體攝像裝置，其還包括數(shù)字信號(hào)校正電 路，所述數(shù)字信號(hào)校正電路使用由所述控制電路獲得的信號(hào)和所述計(jì)數(shù) 器的輸出信號(hào)來計(jì)算模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換值。
14. 如權(quán)利要求IO所述的固體攝像裝置，其中，所述計(jì)數(shù)器的初始 值能夠被設(shè)定，并且所述固體攝像裝置還包括選擇電路，所述選擇電路能夠根據(jù)來 自所述控制電路的信號(hào)從所述計(jì)數(shù)器的多個(gè)初始值中選擇任意初始值。
15. 如權(quán)利要求14所述的固體攝像裝置，其還包括用于保持所述計(jì) 數(shù)器的初始值并被全部列共用的存儲(chǔ)器，其中，以列為單位，所述初始值通過所述控制電路來選擇。
16. 如權(quán)利要求14所述的固體攝像裝置，其還包括 用于保持所述計(jì)數(shù)器的初始值的高階位并且被全部列共用的存儲(chǔ)器；以及用于保持所述計(jì)數(shù)器的初始值的低階位并且被設(shè)置用于各列的存儲(chǔ)器，其中，以列為單位，所述初始值通過所述控制電路來選擇。
17. 如權(quán)利要求14所述的固體攝像裝置，其中，所述計(jì)數(shù)器包括能 夠進(jìn)行串行輸入/輸出的多個(gè)觸發(fā)器，并且所述計(jì)數(shù)器能夠根據(jù)計(jì)數(shù)器模 式和移位寄存器模式進(jìn)行工作，在所述計(jì)數(shù)器模式時(shí)，所述多個(gè)觸發(fā)器的各個(gè)觸發(fā)器的數(shù)據(jù)輸出被 供應(yīng)到下一級(jí)的觸發(fā)器的時(shí)鐘輸入，如果所述比較器的輸出處于預(yù)定電 平，則所述計(jì)數(shù)器起到與計(jì)數(shù)器鐘信號(hào)同步的計(jì)數(shù)器的作用，而在所述移位寄存器模式時(shí)，所述多個(gè)觸發(fā)器是級(jí)聯(lián)的，所選擇的 初始值被輸入到所述計(jì)數(shù)器，所述計(jì)數(shù)器起到與移位寄存器時(shí)鐘信號(hào)同 步的移位寄存器的作用。
18. 如權(quán)利要求IO所述的固體攝像裝置，其還包括被全部列共用的 電壓發(fā)生源。
19. 一種照相機(jī)系統(tǒng)，其包括固體攝像裝置和將目標(biāo)的光學(xué)圖像形 成在所述固體攝像裝置上的光學(xué)系統(tǒng)，其中，所述固體攝像裝置包括像素部，所述像素部包括呈矩陣布 置的多個(gè)像素，所述多個(gè)像素進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換；以及像素信號(hào)讀出電路， 所述像素信號(hào)讀出電路以多個(gè)像素為增量從所述像素部讀出像素信號(hào)，所述像素信號(hào)讀出電路包括多個(gè)比較器，所述多個(gè)比較器對應(yīng)于所述多個(gè)像素的矩陣的各列而 布置著，所述多個(gè)比較器的各個(gè)比較器使輸入到該比較器的讀出信號(hào)的 電壓與基準(zhǔn)信號(hào)的電壓相比，如果所述輸入信號(hào)的電壓與所述電壓基準(zhǔn) 信號(hào)的電壓一致，則使輸出反轉(zhuǎn)；以及多個(gè)控制單元，所述多個(gè)控制單元的工作分別根據(jù)所述多個(gè)比較器 的輸出來控制，所述多個(gè)控制單元的各個(gè)控制單元包括對所述多個(gè)比較 器中的對應(yīng)比較器的比較時(shí)間進(jìn)行計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)器，并且所述多個(gè)控制單元的各個(gè)控制單元包括對所述比較器的比較時(shí)間進(jìn)行計(jì)數(shù)的所述計(jì)數(shù)器；控制電路，其監(jiān)測所述比較器的輸出；電壓發(fā)生電路，如果由所述控制電路獲得的監(jiān)測結(jié)果表明所述比較 器的輸出處于預(yù)定電平，則所述電壓發(fā)生電路根據(jù)所述監(jiān)測結(jié)果產(chǎn)生直 流電壓；以及模擬加法器，其把由所述電壓發(fā)生電路產(chǎn)生的電壓加算到所述輸入 信號(hào)上，并把總和信號(hào)供應(yīng)到所述比較器的輸入端子。
全文摘要
本發(fā)明提供將模擬輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器及轉(zhuǎn)換方法、固體攝像裝置和照相機(jī)系統(tǒng)，所述模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器包括比較器，其比較基準(zhǔn)信號(hào)與輸入信號(hào)，并且如果所述輸入信號(hào)與所述基準(zhǔn)信號(hào)一致則使輸出反轉(zhuǎn)；計(jì)數(shù)器，其對所述比較器的比較時(shí)間進(jìn)行計(jì)數(shù)；控制電路，其監(jiān)測所述比較器的輸出；電壓發(fā)生電路，如果由所述控制電路獲得的監(jiān)測結(jié)果表明所述比較器的輸出處于預(yù)定電平，則所述電壓發(fā)生電路根據(jù)所述監(jiān)測結(jié)果產(chǎn)生直流電壓；以及模擬加法器，其把由所述電壓發(fā)生電路產(chǎn)生的電壓加算到所述輸入信號(hào)上，并把總和信號(hào)供應(yīng)到所述比較器的輸入端子。本發(fā)明能以高精度擴(kuò)大動(dòng)態(tài)范圍而不會(huì)發(fā)生在AD范圍之外(溢流)，并能提高轉(zhuǎn)換處理速度。
文檔編號(hào)H03M1/10GK101540607SQ20091012727
公開日2009年9月23日 申請日期2009年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月18日
發(fā)明者奧村健市 申請人:索尼株式會(huì)社