[发明专利]A/D转换器

说明书

技术领域

本发明涉及A/D转换器，特别涉及具有以下部分的A/D转换器：斜坡电压发生电路，产生电压值在固定期间单调变化的斜坡电压；电压比较电路，具有运算器，该运算器对被转换模拟电压进行采样保持，对所采样保持的所述被转换模拟电压、和由所述斜坡电压发生电路所产生的斜坡电压的电压变化值或者与所述电压变化值成比例的电压值提供的参考电压进行比较，在所述参考电压与所述被转换模拟电压相等的时刻进行输出变化；计数器，对与所述参考电压对应的数字值进行计数并输出；以及锁存电路，将从所述计数器输出的所述数字值在所述电压比较电路的输出变化时进行锁存并输出。

背景技术

近年来，固体摄像元件所使用的A/D转换器越发要求高速、低功耗。为了满足这种要求，采用平行列A/D转换器的情况较多(例如，参考特开2000-286706号公报)。

图1表示以往的平行列A/D转换器的方框图。平行列A/D转换器10具有A/D转换单元11、产生斜坡电压V_RAMP的斜坡电压源14(斜坡电压发生电路)、对与斜坡电压的电压变化值对应的数字值(n位的2值信号)进行计数并输出的计数器15而构成。对于A/D转换单元11来说，作为电路要素，具有反相器电路12、将反相器电路12的输入节点CPI以及输出节点CPO短路的开关RS、用于对被转换模拟电压进行采样的电容器CS、用于将电压值在固定期间单调变化的斜坡电压V_RAMP传输到输入节点CPI的电容器CR和开关S3、用于对被转换模拟电压进行采样的开关SS、用于将与被转换模拟电压对应的计数器输出进行锁存的锁存电路13。并且，在图1中，对于平行列A/D转换器10，一起图示了固体摄像元件的像素部16以及与节点VIN相连接的恒流源Ix。

关于平行列A/D转换器10的A/D转换动作，参照图2的动作时序图进行说明。

在定时t1，使像素部16的开关RX接通，由此，节点FD被复位成电压V_DD，节点VIN经由MOS晶体管MA被充电成高电位。而且，同时地，开关RS接通，反相器电路12的输入节点CPI和输出节点CPO短路，输入节点CPI被自动地复位成反相器电路12的输入判定电压(自动调零电平)。同时地，开关SS接通，但是，其它开关S3、TX为断开状态。

在定时t2，使开关RX断开，由此，节点VIN呈现复位电压。在定时t3，使开关RS断开，由此，电容器CS对复位电压进行采样。

接着，在定时t4，使开关TX接通时，由像素部16的光电转换元件(光电二极管)PD进行光电转换后并存储的电荷被传送到节点FD，节点VIN转换成与被进行光电转换后的电荷量对应的电压电平(光电转换电平)。在节点VIN的电压电平稳定的定时t5，使开关TX断开并使开关S3接通时，电容器CR保持该时刻的节点VIN的电压电平(光电转换电平)和斜坡电压V_RAMP的初始电压的差电压。

接着，在定时t6，使开关SS断开，由此，输入节点CPI保持节点VIN的复位电压(定时t3)和光电转换电平(定时t6)的差分值V_SIG作为被转换模拟电压。

在定时t7，使斜坡电压V_RAMP的电压值开始缓慢增加时，输入节点CPI的电压也与斜坡电压V_RAMP的电压增加量成比例地增加。另外，在定时t7，计数器15的增加计数也同时开始。

在定时t8，输入节点CPI的电压电平超过反相器电路12的输入判定电压时，反相器电路12使输出节点CPO的输出电平反转。锁存电路13响应输出节点CPO的输出变化而保持计数器输出的值。

这里，差分值V_SIG是对应于针对光电转换元件PD的入射光量的电压，已被锁存的计数器输出的值为差分值V_SIG的A/D转换值(数字值)。利用以上要点而输出由锁存电路13所保持的A/D转换值，由此，平行列A/D转换器10结束被转换模拟电压V_SIG的A/D转换动作。

图3表示在平行列A/D转换器10中进行被转换模拟电压V_SIG和斜坡电压V_RAMP的电压增加值之间的电压比较的反相器电路12的输入输出特性。在反相器电路12中，将被转换模拟电压V_SIG和斜坡电压V_RAMP的电压增加值的差电压作为输入电压，与输入判定电压的自动调零电平进行比较，由此，执行上述电压比较。