固態(tài)圖像傳感器和相機系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及固態(tài)圖像傳感器和相機系統(tǒng)，其使得能夠提供能夠在低亮度下提供低噪聲而不增加過采樣次數(shù)的實現(xiàn)高圖像質(zhì)量的固態(tài)圖像傳感器和相機系統(tǒng)。該固態(tài)圖像傳感器和相機系統(tǒng)具有：其中像素包括將光信號轉(zhuǎn)換為電信號的光電二極管的像素陣列單元；和讀取單元，從像素讀取模擬圖像信號到信號線并以列處理讀取的模擬像素信號。讀取單元包括具有將模擬圖像像素信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的功能的Δ∑調(diào)制器，和位于Δ∑調(diào)制器的輸入側(cè)上并通過要設(shè)置的增益的方式放大讀取到信號線的模擬像素信號以將該模擬像素信號輸入到Δ∑調(diào)制器的放大器。
【專利說明】固態(tài)圖像傳感器和相機系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及由CMOS圖像傳感器代表的固態(tài)圖像傳感器和相機系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，CMOS (互補金屬氧化物半導(dǎo)體)圖像傳感器已經(jīng)作為代替CXD的固態(tài)圖像傳感器(圖像傳感器)引起了注意。
[0003]這是由于CMOS圖像傳感器克服了以下問題。
[0004]換句話說，需要專用處理以制造CXD像素，且需要多個電源電壓用于其操作，且進一步，需要組合多個外圍IC以進行操作。
[0005]通過CMOS圖像傳感器克服了包括在這種CXD的情況下系統(tǒng)可能非常復(fù)雜的各種問題。
[0006]可對CMOS圖像傳感器可以應(yīng)用類似于用于一般CMOS類型集成電路的處理，且可以由單個電源驅(qū)動，且進一步使用CMOS處理的模擬電路和邏輯電路可以以混合方式布置在同一芯片中。
[0007]因此，CMOS圖像傳感器具有外圍IC的數(shù)目可以減少等多個很大的優(yōu)點。
[0008]利用低功耗和高速度方面的優(yōu)越性的優(yōu)點，這種CMOS圖像傳感器廣泛地用作包括數(shù)碼相機、攝像機、高清晰度單鏡頭反光式相機、監(jiān)控相機、車載相機和導(dǎo)航系統(tǒng)的成像設(shè)備中的成像傳感器。
[0009]另外，近年來，其中比如圖像處理之類的功能電路塊也一起在芯片上制成的具有高性能和高圖像質(zhì)量的圖像傳感器已經(jīng)出現(xiàn)。
[0010]CXD的輸出電路的主流是使用具有浮動擴散層(FD:浮動擴散)的FD放大器的一個信道(ch)輸出。
[0011]另一方面，CMOS圖像傳感器具有用于每一像素的FD放大器且其輸出的主流是其中像素陣列中的一列被選擇并在列方向上同時讀出的列并行輸出類型。
[0012]這是由于在像素中布置的FD放大器中難以獲得足夠的驅(qū)動性能，且因此需要降低數(shù)據(jù)速率，這給予并行處理優(yōu)勢。
[0013]對于該列并行輸出類型CMOS圖像傳感器的信號輸出電路，已經(jīng)確實地提出其多種類型。其一個形式是其中對于每一列提供模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置(在下文中，縮寫為ADC (模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器))且提取像素信號作為數(shù)字信號的類型。
[0014]例如，在非專利文獻I或者專利文獻I中公開了具有在其中安裝的列并行類型ADC的CMOS圖像傳感器。
[0015]已經(jīng)提出了使用Λ Σ調(diào)制器以實現(xiàn)高度精確的AD轉(zhuǎn)換的CMOS圖像傳感器(例如，參考專利文獻2和非專利文獻2)。
[0016]專利文獻2描述了在模擬⑶S之后執(zhí)行delta-sigma ( Δ Σ) AD轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換器。該專利文獻2的CMOS圖像傳感器中的用于圖像信號的處理技術(shù)將接收的光信號從像素中的光電二極管傳遞通過對于每一列布置的模擬CDS電路以除去信號中包含的噪聲，且之后執(zhí)行Λ Σ AD轉(zhuǎn)換。
[0017]非專利文獻2描述了在其中具有數(shù)字CDS功能的Λ Σ類型AD轉(zhuǎn)換器。非專利文獻2中描述的技術(shù)可以增加過采樣次數(shù)的數(shù)目以減少噪聲。
[0018]引文列表
[0019]專利文獻
[0020]專利文獻I JP2005-323331A
[0021]專利文獻2 JP3904111B,圖1
[0022]非專利文獻
[0023]非專利文獻1:W.Yang 等(W.Yan 等，“An Integrated800x600CM0S ImageSystem”，ISSCC Digest of Technical Papers, pp.304-305，1999 年 2 月)
[0024]非專利文獻2:Α2.IM Pixels, 120frame/s CMOS Image Sensor withcolumn-parallel Δ Σ ADC Architecture (具有列并行 Δ Σ ADC 架構(gòu)的 2.1M 像素、120 中貞/秒CMOS圖像傳感器)，圖1，圖5。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0025]技術(shù)問題
[0026]但是，因為專利文獻2中描述的技術(shù)在CDS之后關(guān)于信號執(zhí)行AD轉(zhuǎn)換，所以保持了采樣中的噪聲。
[0027]換句話說，在該技術(shù)中，保持在CDS之后在采樣模擬信號時的kTC噪聲，因此，為了減少影響的電容值等的增加導(dǎo)致芯片面積的增大。
[0028]另外，非專利文獻2中描述的技術(shù)必須執(zhí)行增益設(shè)置以寬泛地保證低亮度的成像狀態(tài)下的輸出數(shù)字值，且不利地噪聲變得乘以增益。
[0029]換句話說，該技術(shù)必須執(zhí)行增益設(shè)置以寬泛地保證低亮度的成像狀態(tài)下的輸出數(shù)字值，且不利地噪聲變得被乘以增益。
[0030]本發(fā)明提供能夠?qū)崿F(xiàn)用于減少低亮度下的噪聲的高圖像質(zhì)量而不增加過采樣次數(shù)的數(shù)目的固態(tài)圖像傳感器和相機系統(tǒng)。
[0031]技術(shù)方案
[0032]根據(jù)本發(fā)明的第一實施例，提供了固態(tài)圖像傳感器，包括:其中排列像素的像素陣列單元，像素包括將光信號轉(zhuǎn)換為電信號的光電二極管；和讀出單元，從像素讀出模擬圖像信號到信號線并以列為單位處理讀出的模擬像素信號。讀出單元包括具有將模擬像素信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的功能的Λ Σ調(diào)制器，和布置在Λ Σ調(diào)制器的輸入側(cè)上并使用設(shè)置增益放大讀出到信號線的模擬像素信號以將該信號輸入Λ Σ調(diào)制器的放大器。
[0033]根據(jù)本發(fā)明的第二實施例，提供了包括固態(tài)圖像傳感器和在固態(tài)圖像傳感器上形成被攝體圖像的光學系統(tǒng)的相機系統(tǒng)。固態(tài)圖像傳感器包括:其中排列像素的像素陣列單元，像素包括將光信號轉(zhuǎn)換為電信號的光電二極管；和讀出單元，從像素讀出模擬圖像信號到信號線并以列為單位處理讀出的模擬像素信號。讀出單元包括具有將模擬像素信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的功能的Λ Σ調(diào)制器，和布置在Λ Σ調(diào)制器的輸入側(cè)上并使用設(shè)置增益放大讀出到信號線的模擬像素信號以將該信號輸入Λ Σ調(diào)制器的放大器。
[0034]技術(shù)效果[0035]根據(jù)本發(fā)明，可以實現(xiàn)用于減少低亮度下的噪聲的高圖像質(zhì)量而不增加過采樣次數(shù)的數(shù)目。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0036]圖1是圖示根據(jù)本實施例的CMOS圖像傳感器(固態(tài)圖像傳感器)的配置實例的圖。
[0037]圖2是圖示根據(jù)本實施例的CMOS圖像傳感器的示例性像素的圖。
[0038]圖3是圖示根據(jù)本實施例與像素和信號線連接的列電路的基本配置的圖。
[0039]圖4是圖示根據(jù)本實施例的Λ Σ AD轉(zhuǎn)換器的基本配置的圖。
[0040]圖5是圖示根據(jù)本實施例的二維Λ Σ調(diào)制器的基本配置的圖。
[0041]圖6是根據(jù)本實施例的包括應(yīng)用有二維Λ Σ AD轉(zhuǎn)換器的Λ Σ AD轉(zhuǎn)換器的列電路的特定電路配置的圖。
[0042]圖7是圖示在本實施例中的像素和列電路的操作定時實例的時序圖。
[0043]圖8是用于解釋根據(jù)本實施例在高亮度期間和低亮度期間列電路的電平圖的圖。
[0044]圖9是用于解釋比較實例中在高亮度期間和低亮度期間電路的電平圖的圖。
[0045]圖10是圖示根據(jù)本實施例差分放大器應(yīng)用于與像素和信號線連接的列電路中的放大器的另一配置的圖。
[0046]圖11是圖示應(yīng)用有根據(jù)本實施例的固態(tài)圖像傳感器的相機系統(tǒng)的示例性配置的圖。`
【具體實施方式】
[0047]在下文中，將關(guān)于附圖給出本發(fā)明的實施例的說明。
[0048]這里，以下面次序給出說明。
[0049]1.固態(tài)圖像傳感器配置的概況
[0050]2.讀出電路配置的概況
[0051]3.放大器和Λ Σ AD轉(zhuǎn)換器的電路配置實例
[0052]4.相機系統(tǒng)的配置實例
[0053]〈1.固態(tài)圖像傳感器配置的概況〉
[0054]圖1是圖示根據(jù)本實施例的CMOS圖像傳感器(固態(tài)圖像傳感器)的配置實例的圖。
[0055]CMOS圖像傳感器100包括像素陣列單元110、作為像素驅(qū)動部分的行選擇電路(Vdec) 120和具有用于每一列的通過Λ Σ調(diào)制的AD轉(zhuǎn)換功能的列讀出電路130。
[0056]在本實施例中，AD轉(zhuǎn)換部分由具有Λ Σ調(diào)制功能的Λ Σ調(diào)制器、布置在Λ Σ調(diào)制器的輸入級的放大器和布置在△ Σ調(diào)制器的輸出級的抽取濾波器電路構(gòu)成。例如，使用Δ Σ調(diào)制器和抽取濾波器電路的Λ Σ AD轉(zhuǎn)換器配置為以像素單元輸出像素信號。
[0057]在本實施例中，在列讀出電路130中的AD轉(zhuǎn)換之后執(zhí)行⑶S處理。
[0058]這里，行選擇電路120和列讀出電路130構(gòu)成讀出單元。
[0059]本實施例的CMOS圖像傳感器100在Λ Σ轉(zhuǎn)換器的輸入級布置放大器以使得可以改進低亮度下的噪聲，這在之后詳細地描述。
[0060]本實施例的CMOS圖像傳感器100可以通過由放大器將AD輸入幅度調(diào)整到恒定幅度而實現(xiàn)，而不需要Λ Σ AD轉(zhuǎn)換器的恒定數(shù)字的改變。[0061]CMOS圖像傳感器100可以通過由于放大器導(dǎo)致的效應(yīng)而放寬Λ Σ AD轉(zhuǎn)換器的噪聲規(guī)格，以減小電容值、采樣次數(shù)的數(shù)目等。
[0062]CMOS圖像傳感器100使用與例如用于Λ Σ調(diào)制器的反相器相同的配置作為放大器，以使得可以獨立于增益固定地設(shè)置要電平移位的值，且容易地保證可以執(zhí)行AD轉(zhuǎn)換的輸入幅度。另外，差分類型可以用作放大器。
[0063]另外，CMOS圖像傳感器100使用Λ Σ AD轉(zhuǎn)換器以使得可以減小放大器的電容值。
[0064]像素陣列單元110具有以M行XN列的二維(矩陣)排列的多個像素電路110Α。
[0065]圖2是圖示根據(jù)本實施例的CMOS圖像傳感器的示例性像素的圖。
[0066]該像素電路IlOA具有光電二極管(PD:光電二極管，在下文中可以僅稱為“PD”)111作為光電轉(zhuǎn)換兀件。
[0067]然后，像素電路IlOA相對于該一個光電二極管111具有四個晶體管，S卩，轉(zhuǎn)移晶體管112、復(fù)位晶體管113、放大晶體管114和選擇晶體管115作為有源元件。
[0068]轉(zhuǎn)移晶體管112、復(fù)位晶體管113、放大晶體管114和選擇晶體管115由絕緣柵類型場效應(yīng)晶體管(FET)形成。在圖2的實例中，應(yīng)用N溝道FET，但是也可以應(yīng)用P溝道FET。
[0069]注意到這里示出了四個晶體管類型的像素電路，但是也可以應(yīng)用具有選擇晶體管等的三個晶體管類型。
[0070]光電二極管111將入射光光電地轉(zhuǎn)換為與其光量對應(yīng)的量的電荷(這里，電子)。
[0071]轉(zhuǎn)移晶體管112連接在光電二極管111和作為輸出節(jié)點的浮動擴散ro (在下文中，可以僅稱為“FD”)之間。經(jīng)由在其柵極(轉(zhuǎn)移柵極)的轉(zhuǎn)移控制線LTRG給予轉(zhuǎn)移晶體管112轉(zhuǎn)移信號TRG作為控制信號。
[0072]這允許轉(zhuǎn)移晶體管112將由光電二極管111光電地轉(zhuǎn)換的電荷(電子)轉(zhuǎn)移到浮動擴散FD。
[0073]復(fù)位晶體管113連接在電源線LVDD和浮動擴散FD之間，且經(jīng)由在其柵極的復(fù)位控制線LRST給予其復(fù)位信號RST作為控制信號。
[0074]這允許復(fù)位晶體管113將浮動擴散FD的電位復(fù)位到電源線LVDD的電位。
[0075]浮動擴散FD與放大晶體管114的柵極連接。放大晶體管114經(jīng)由選擇晶體管115與信號線LSGN連接并與像素外部的恒流源Cl 一起配置源極跟隨器。
[0076]然后，將作為與地址信號對應(yīng)的控制信號的選擇信號SEL經(jīng)由選擇控制線LSEL給予選擇晶體管115的柵極以導(dǎo)通選擇晶體管115。
[0077]當選擇晶體管115導(dǎo)通時，放大晶體管114放大浮動擴散FD的電位以輸出與該電位對應(yīng)的電壓到信號線LSGN。從每一像素通過信號線LSGN輸出的電壓被輸出到列讀出電路 130。
[0078]因為例如，轉(zhuǎn)移晶體管112、復(fù)位晶體管113和選擇晶體管115的各自的柵極以行為單位連接，所以相對于一行的像素同時進行這些操作。
[0079]在像素陣列單元110中布線的復(fù)位控制線LRST、轉(zhuǎn)移控制線LTRG和選擇控制線LSEL被布線為像素陣列的行單元中的一組。
[0080]控制線LRST、LTRG和LSEL中的每一個提供有M條線。
[0081]這些復(fù)位控制線LRST、轉(zhuǎn)移控制線LTRG和選擇控制線LSEL由行選擇電路120驅(qū)動。[0082]行選擇電路120控制像素陣列單元110中任意行中布置的像素的操作。行選擇電路120通過控制線LSEL、LRST和LTRG控制像素。
[0083]列讀出電路130經(jīng)由信號線LSGN接收由行選擇電路120讀出和控制的像素行的數(shù)據(jù)，并轉(zhuǎn)移到在后級的信號處理電路。
[0084]讀出電路130包括放大器和AD轉(zhuǎn)換器(與在每一列中的輸出連接)。
[0085]使用具有Λ Σ調(diào)制功能的Λ Σ調(diào)制器形成ADC，且使用Λ Σ調(diào)制器的ADC配置為例如以像素為單位輸入和輸出像素信號。
[0086]〈2.讀出電路配置的概況〉
[0087]圖3是圖示根據(jù)本實施例與像素和信號線連接的列電路的基本配置的圖。
[0088]如圖3所示的列電路200配置為包括其輸入連接信號線LSGN的放大器210、以及順次連接到放大器210的輸出的Λ Σ調(diào)制器220和抽取濾波器電路。
[0089]然后，順次連接的Λ Σ調(diào)制器220和抽取濾波器電路230構(gòu)成Λ Σ AD轉(zhuǎn)換器240。
[0090]圖3的實例示出了其中像素IlOA設(shè)置為模擬電源(AVDD)，且放大器210、Δ Σ調(diào)制器220和抽取濾波器電路230設(shè)置為數(shù)字電源(DVDD)的配置。
[0091]如以下將要描述的，取決于像素的振幅電平，可以代替放大器使用具有數(shù)字電壓或更大電壓的電源，例如，模擬電源。
[0092]放大器210配置為包括反相器類型放大器ΑΜΡ1、輸入電容Cl、可變反饋電容C2、增益開關(guān)SWl和自動調(diào)零(AZ)開關(guān)SW2。
[0093]輸入電容Cl的第一端子與信號線LSGN連接，且其第二端子與反相器類型放大器AMPl的輸入端連接。
[0094]反饋電容C2和增益開關(guān)SWl連接在反相器類型放大器AMPl的輸出端和輸入端之間。
[0095]自動調(diào)零開關(guān)SW2連接在反相器類型放大器AMPl的輸出端和輸入端之間。
[0096]在放大器210中，自動調(diào)零開關(guān)SW2在復(fù)位像素IlOA時導(dǎo)通以取消反相器類型放大器AMPl的偏置等，且例如，輸入電位和輸出電位設(shè)置為大約(1/2) DVDD0
[0097]放大器210可以以作為變量的輸入電容Cl和可改變的反饋電容C2之間的電容比Cl:C2改變增益，且具有在改變作為AD轉(zhuǎn)換器的Λ Σ調(diào)制器220的增益時恒定地維持滿刻度輸入幅度的功能。
[0098]另外，作為另一實施例，差分放大器可以用于改進電源電壓噪聲抵抗力(resistance)。
[0099]圖4是圖示根據(jù)本實施例的Λ Σ AD轉(zhuǎn)換器的基本配置的圖。
[0100]圖4 一起圖示Λ Σ AD轉(zhuǎn)換器240的操作概況。
[0101]Δ Σ調(diào)制器220配置為至少包括形成用于像素電路IlOA的反饋系統(tǒng)的一部分的積分器221、量化器222和數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC) 223和具有電平移位功能的加法器224。
[0102]在Λ Σ調(diào)制器220中，從像素電路IlOA獲取的信號作為一比特數(shù)據(jù)通過積分器221和量化器222輸出。
[0103]用于將一比特數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為多個比特的抽取電路(抽取濾波器電路)230布置在Δ Σ AD轉(zhuǎn)換器240的量化器的輸出側(cè)上。[0104]抽取濾波器電路230基本上對于每個時隙數(shù)字地加上數(shù)字“I”。
[0105]圖4示出了作為示例的一維Λ EAD調(diào)制器220，但是如圖5和圖6所示優(yōu)選地應(yīng)用η維，例如，二維Λ Σ調(diào)制器220Α。
[0106]另外，在圖5和圖6的實例中，二維抽取濾波器電路230Α應(yīng)用為抽取濾波器電路。但是，第三抽取濾波器電路可應(yīng)用于該抽取濾波器電路。
[0107]<3.放大器和Λ Σ AD轉(zhuǎn)換器的電路配置實例〉
[0108]圖5是圖示根據(jù)本實施例的二維Λ Σ調(diào)制器的基本配置的圖。
[0109]圖6是根據(jù)本實施例的包括應(yīng)用有二維Λ Σ AD轉(zhuǎn)換器的Λ Σ AD轉(zhuǎn)換器的列電路的特定電路配置的圖。
[0110]圖6圖示作為本發(fā)明的特征的其中多個電容從在輸入信號的前級的斬波放大器(放大器)切換以使得可以放大像素信號的電路配置。
[0111]二維Λ Σ調(diào)制器220Α配置為如圖5所示的遞增Λ Σ AD轉(zhuǎn)換器，且配置為包括兩個積分器2211和2212、兩個DAC2231和2232以及兩個加法器224和225作為Λ Σ調(diào)制器。
[0112]這里，在圖5中，u表示模擬信號且V表示數(shù)字信號。
[0113]加法器224用作輸入部分。
[0114]圖6中的列電路200Α具有在Λ Σ調(diào)制器220Α的前級(輸入級)布置的用于像素信號VSL的放大器210以實現(xiàn)在高增益(低亮度)設(shè)置下減少的噪聲。
[0115]另外，列電路200Α可以允許放大器210的電路配置和Λ Σ調(diào)制器的電路配置的一部分類似，以促進AD轉(zhuǎn)換的輸入電平的調(diào)整。
[0116]二維Λ Σ調(diào)制器220Α配置為遞增Λ Σ AD轉(zhuǎn)換器，且配置為包括兩個積分器2211和2212、兩個DAC2231和2232以及兩個加法器224和225作為Λ Σ調(diào)制器。
[0117]具有在其中安裝的遞增Λ Σ AD轉(zhuǎn)換器的CMOS圖像傳感器具有取決于過采樣次數(shù)的數(shù)目M的噪聲抑制效果。
[0118]加法器224接收由放大器210放大的像素信號VSL或者經(jīng)由DAC2231反饋的信號。
[0119]在由放大器210接收像素信號VSL時，加法器224將其電平移位(在圖6的實例中向下)到第一級中的積分器2211。
[0120]加法器224包括電容Cll (Cs)和C12、節(jié)點NDll到ND13和開關(guān)Sffll到SW14。
[0121]電容Cll連接在節(jié)點NDll和節(jié)點ND13之間，且電容C12連接在節(jié)點ND 12和節(jié)點ND13之間。
[0122]SWll連接在放大器210的輸出和節(jié)點NDll之間，且開關(guān)SWl2連接在節(jié)點ND12和參考電位(例如，地)VSS之間。
[0123]開關(guān)SW13連接在DAC2231的輸出和節(jié)點NDll之間，且開關(guān)SW14連接在節(jié)點ND12和偏壓信號Vbias的供應(yīng)線之間。
[0124]開關(guān)SWll和SW12在信號Φ I有效(例如，高電平)時維持導(dǎo)通狀態(tài)，且開關(guān)SW13和SW14在信號Φ2有效(例如，高電平)時維持導(dǎo)通狀態(tài)。
[0125]信號Φ I和信號Φ2采取互補電平。因此，在開關(guān)SWll和SW12維持導(dǎo)通狀態(tài)時，開關(guān)SW13和SW14維持非導(dǎo)通狀態(tài)。另一方面，在開關(guān)SW13和SW14維持導(dǎo)通狀態(tài)時，開關(guān)Sffll和SW12維持非導(dǎo)通狀態(tài)。[0126]在加法器224中，電容C12和開關(guān)SW12用作電平移位器。
[0127]在第一級的積分器2211包括用作積分電路的反相器類型放大器AMP21、輸入電容C21、反饋電容C22、節(jié)點ND21到ND24和開關(guān)Sff21到SW25。
[0128]節(jié)點ND21與加法器224的輸出節(jié)點ND13連接。
[0129]反相器類型放大器AMP21具有與節(jié)點ND22連接的輸入端和與節(jié)點ND23連接的輸出端。
[0130]輸入電容C21連接在節(jié)點ND21和節(jié)點ND22之間，且反饋電容C22連接在節(jié)點ND24和節(jié)點ND23之間。
[0131]開關(guān)SW21連接在節(jié)點ND22和節(jié)點ND24之間。換句話說，反饋電容C22和開關(guān)Sff21串聯(lián)連接在反相器類型放大器AMP21的輸出端和輸入端之間。
[0132]開關(guān)SW22連接在節(jié)點ND21和參考電位(例如，地)VSS之間。
[0133]開關(guān)SW23連接在節(jié)點ND21和節(jié)點ND24之間，且開關(guān)SW24連接在節(jié)點ND23和節(jié)點ND24之間。換句話說，用于復(fù)位的開關(guān)SW24連接在反相器類型放大器AMP21的輸出端和輸入端之間。
[0134]開關(guān)SW25與作為在第一級的積分器2211的輸出節(jié)點的節(jié)點ND23連接。
[0135]開關(guān)SW21和SW22在信號Φ I有效(例如，高電平)時維持導(dǎo)通狀態(tài)，且開關(guān)SW23在信號Φ2有效(例如，高電平)時維持導(dǎo)通狀態(tài)。
[0136]信號Φ I和信號Φ2采取互補電平。因此，在開關(guān)SW21和SW22維持導(dǎo)通狀態(tài)時，開關(guān)SW23維持非導(dǎo)通狀態(tài)。另一方面，在開關(guān)SW23維持導(dǎo)通狀態(tài)時，開關(guān)SW21和SW22維持非導(dǎo)通狀態(tài)。
[0137]開關(guān)SW24在復(fù)位信號ORST有效(例如，高電平)時維持導(dǎo)通狀態(tài)。復(fù)位信號ORST以與像素的復(fù)位信號RST相同的相位同步。
[0138]開關(guān)SW25在信號Φ2有效時維持導(dǎo)通狀態(tài),并將在第一級的積分器2211的輸出輸入到在后級的加法器225。
[0139]加法器225包括電容C30、節(jié)點ND30和開關(guān)SW30。
[0140]節(jié)點ND30與在第一級的積分器2211的輸出開關(guān)SW25連接。
[0141]開關(guān)SW30連接在DAC2232的輸出和節(jié)點ND30之間，且電容C30連接在節(jié)點ND30和在作為后級的第二級的積分器2212的輸入節(jié)點(ND31)之間。
[0142]開關(guān)SW30在信號Φ I有效(例如，高電平)時維持導(dǎo)通狀態(tài)。
[0143]在第二級的積分器2212包括用作積分電路的反相器類型放大器AMP31、輸入電容C31、反饋電容C32、節(jié)點ND31到ND34和開關(guān)Sff31到SW35。
[0144]節(jié)點ND31與加法器225的電容C30連接。
[0145]反相器類型放大器AMP31具有與節(jié)點ND32連接的輸入端和與節(jié)點ND33連接的輸出端。
[0146]輸入電容C31連接在節(jié)點ND31和節(jié)點ND32之間，且反饋電容C32連接在節(jié)點ND34和節(jié)點ND33之間。
[0147]開關(guān)SW31連接在節(jié)點ND32和節(jié)點ND34之間。換句話說，反饋電容C32和開關(guān)Sff31串聯(lián)連接在反相器類型放大器AMP31的輸出端和輸入端之間。
[0148]開關(guān)SW32連接在節(jié)點ND31和參考電位(例如，地)VSS之間。[0149]開關(guān)SW33連接在節(jié)點ND31和節(jié)點ND34之間，且開關(guān)SW34連接在節(jié)點ND33和節(jié)點ND34之間。換句話說，用于復(fù)位的開關(guān)SW34連接在反相器類型放大器AMP31的輸出端和輸入端之間。
[0150]開關(guān)SW35與作為在第二級的積分器2212的輸出節(jié)點的節(jié)點ND33連接。
[0151]開關(guān)SW31和SW32在信號Φ 2有效(例如，高電平)時維持導(dǎo)通狀態(tài)，且開關(guān)SW23在信號Φ I有效(例如，高電平)時維持導(dǎo)通狀態(tài)。
[0152]信號Φ I和信號Φ2采取互補電平。因此，在開關(guān)SW31和SW32維持導(dǎo)通狀態(tài)時，開關(guān)SW33維持非導(dǎo)通狀態(tài)。另一方面，開關(guān)SW33維持導(dǎo)通狀態(tài)，開關(guān)SW31和SW22維持非導(dǎo)通狀態(tài)。
[0153]因此，在第二級的積分器2212以與在第一級的積分器2211相反的相位操作以執(zhí)行互補處理。
[0154]開關(guān)SW34在復(fù)位信號ORST有效(例如，高電平)時維持導(dǎo)通狀態(tài)。復(fù)位信號ORST以與像素的復(fù)位信號RST相同的相位同步。
[0155]開關(guān)SW35在信號Φ I有效時維持導(dǎo)通狀態(tài)，并將在第二級的積分器2212的輸出輸入到在后級的量化器222的輸入端之一。
[0156]量化器222的一個輸入端與在它自己和參考電位(例如，地)VSS之間的電容C40連接，且另一輸入端與參考電位VSS連接。
[0157]從量化器222輸出的數(shù)字信號D222反饋到一比特DAC2232的反饋信號并經(jīng)由觸發(fā)器FFll反饋到一比特DAC2231。
[0158]從量化器222輸出的數(shù)字信號D222輸出到在后級的抽取濾波器230。
[0159]二維抽取濾波器電路230A由積分器(波紋計數(shù)器)231和用于保存和相加數(shù)據(jù)的累加裝置(累加器)232構(gòu)成。累加器232配置為包括加法器、寄存器REG等。
[0160]如上所述，該列電路200A應(yīng)用有反相器(類型放大器)作為用于Λ Σ ADC220A的積分器。這允許不僅通過減少用于布局效率和降低消耗的元件的數(shù)目而且通過進行自動調(diào)零，取消反相器的偏置和閃爍噪聲。
[0161]采取在復(fù)位時的像素信號和來自一比特DAC2231和2232之間的差異，且像素信號輸入到在第一級和第二級的積分器(反相器類型放大器)2211和2212。
[0162]在這里積分之后，像素信號輸入到量化器(比較器)222，且與某個恒定電壓相比輸出I或者O。然后，該來自量化器222的輸出通過反饋環(huán)輸入到一比特DAC2231和2232。
[0163]該一比特1DAC2231和2232從響應(yīng)于來自量化器222的I或者O的輸入信號減去恒定電壓，并將結(jié)果經(jīng)由加法器224和225輸入到(反相器類型放大器)2211和2212。
[0164]抽取濾波器電路230Α相對于某個時間(現(xiàn)有技術(shù)I中每7比特)積分I或者O的壓縮波信號，并累加其數(shù)據(jù)以轉(zhuǎn)換為14比特數(shù)字輸出。
[0165]另外，在抽取濾波器230關(guān)于作為壓縮波信號的像素的復(fù)位信號進行疊加積分之后，執(zhí)行比特反轉(zhuǎn)以類似于累加像素的數(shù)據(jù)信號并實現(xiàn)數(shù)字CDS，這通過開關(guān)實現(xiàn)了減少的電荷噴射噪聲。
[0166]該實施例使用二維抽取濾波器電路配置，但是可以使用二維或更多維的配置。
[0167][模擬增益和輸入幅度]
[0168]接下來，將給出在Λ Σ ADC200A的輸入級布置的放大器210的模擬增益和Δ Σ ADC200A的輸入幅度(range)的說明。
[0169]表1示出了在本實施例中放大器210的模擬增益設(shè)置實例。
[0170]模擬增益設(shè)置和電路常數(shù)的示例
[0171]
【權(quán)利要求】
1.一種固態(tài)圖像傳感器，包括: 像素陣列單元，其中排列像素，所述像素包括將光信號轉(zhuǎn)換為電信號的光電二極管；和 讀出單元，將模擬圖像信號從像素讀出到信號線并以列為單位處理讀出的模擬像素信號， 其中， 所述讀出單元包括 Δ Σ調(diào)制器，具有將所述模擬像素信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的功能；和放大器，布置在所述Λ Σ調(diào)制器的輸入側(cè)并使用設(shè)置增益放大讀出到信號線的模擬像素信號以將信號輸入到所述Λ Σ調(diào)制器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的固態(tài)圖像傳感器， 其中，所述放大器能夠執(zhí)行與所述模擬像素信號的輸入振幅對應(yīng)的增益設(shè)置并執(zhí)行放大以使得所述△ Σ調(diào)制器的滿刻度輸入幅度恒定。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的固態(tài)圖像傳感器， 其中，所述Λ Σ調(diào)制器具有執(zhí)行電平移位由所述放大器放大的像素信號以將所述信號輸入到積分器的輸入部分，和 其中，所述電平移位的量設(shè)置為固定值。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的固態(tài)圖像傳感器， 其中，所述Λ Σ調(diào)制器形成為η維調(diào)制器，η是包括I的正數(shù)，所述Λ Σ調(diào)制器包括 至少一個積分器，具有反相器類`型積分器； 量化器，量化作為最后一級的積分器的輸出信號并輸出數(shù)字信號，和數(shù)模轉(zhuǎn)換器，將所述量化器的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號并反饋在所述積分器的輸入側(cè)上,和 其中，所述放大器包括 反相器類型放大器或者差分放大器，具有與所述積分器的所述反相器類型積分器相同的配置。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的固態(tài)圖像傳感器， 其中，所述△ Σ調(diào)制器的積分器包括 輸入電容，連接在所述反相器類型積分器的輸入端側(cè)上，和 反饋電容，連接在所述反相器類型積分器的輸出端和輸入端之間，和 其中，所述放大器包括 輸入電容，連接在所述反相器類型放大器的輸入端側(cè)上，和 反饋電容，連接在所述反相器類型放大器的輸出端和輸入端之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求4的固態(tài)圖像傳感器， 其中，所述△ Σ調(diào)制器的積分器包括 輸入電容，連接在所述反相器類型積分器的輸入端側(cè)上，和 反饋電容，連接在所述反相器類型積分器的輸出端和輸入端之間，和 其中，所述放大器包括 輸入電容，連接在所述差分放大器的一個輸入端側(cè)上， 反饋電容，連接在所述差分放大器的輸出端和一個輸入端之間，和基準電壓生成部分，將使用等于形成所述反相器類型積分器的元件的尺寸比率產(chǎn)生的基準電壓提供到所述差分放大器的另一輸入端。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或者6的固態(tài)圖像傳感器， 其中，所述放大器改變所述輸入電容和所述反饋電容之間的電容比，且能夠設(shè)置與所述模擬像素信號的輸入振幅對應(yīng)的增益。
8.根據(jù)權(quán)利要求5或者6的固態(tài)圖像傳感器， 其中，所述放大器包括將所述放大器的輸出端和輸入端的電位復(fù)位到預(yù)定電位的復(fù)位開關(guān)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的固態(tài)圖像傳感器， 其中，所述像素包括復(fù)位浮動擴散的電荷的復(fù)位功能，和 其中，所述放大器的復(fù)位開關(guān)與所述像素的復(fù)位操作并行地維持在導(dǎo)通狀態(tài)，并復(fù)位所述放大器的輸出端和輸入端的電位。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的固態(tài)圖像傳感器， 其中，所述讀出單元包括將所述△ Σ調(diào)制器的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為多個比特的抽取濾波器電路。
11.一種相機系統(tǒng),包括: 固態(tài)圖像傳感器；和` 光學系統(tǒng)，在所述固態(tài)圖像傳感器上形成被攝體圖像， 其中，所述固態(tài)圖像傳感器包括 像素陣列單元，其中排列像素，所述像素包括將光信號轉(zhuǎn)換為電信號的光電二極管，和 讀出單元，將模擬圖像信號從像素讀出到信號線并以列為單位處理讀出的模擬像素信號， 其中，所述讀出單元包括 Δ Σ調(diào)制器，具有將所述模擬像素信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的功能，和放大器，布置在所述Λ Σ調(diào)制器的輸入側(cè)上并使用設(shè)置增益放大讀出到信號線的所述模擬像素信號以將所述信號輸入到所述Λ Σ調(diào)制器。
【文檔編號】H04N5/374GK103875238SQ201280050010
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2012年10月11日 優(yōu)先權(quán)日:2011年10月20日
【發(fā)明者】若林準人, 植野洋介 申請人:索尼公司