[发明专利]固体摄像装置和AD转换方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种固体摄像装置，涉及一种将通过光电转换所得到的光接收信号转换成数字信号并输出到芯片外部的技术。

背景技术

近年来，伴随着固体摄像装置上的像素数的飞跃增加，从固体摄像装置中高速地读出信号的要求提高了。

在初期的MOS型固体摄像装置中，在像素电路中光电转换的结果所得到的模拟信号从固体摄像装置被读出到其外部，通过由外部的AD(模拟数字)转换器转换该模拟信号，得到了数字信号。但是，在这样的构成中，由于存在于固体摄像装置的内部的浮游电容等的缘故，而在读出速度的提高上存在极限。

因此，提出了下述技术：将由像素电路所生成的模拟信号在固体摄像装置内转换成数字信号，通过抑制杂散电容等的影响，获得信号输出的高速化(例如，参考专利文献1)。

图7是示意性表示专利文献1所公开的固体摄像装置的主要部分的构成的方框电路图。该固体摄像装置通过单斜率(single slope)型的AD转换将从单位像素101得到的信号电压转换成数字信号。下面，说明该固体摄像装置的大致动作。

摄像部103中的单位像素101，将由光电转换得到的信号电压施加到比较器105的一个输入端子。参考信号生成部107，与从定时控制部109赋予的时钟信号CK同步地通过使用例如DA(数字模拟)转换器，生成电压单调上升的斜坡信号，施加到比较器105的另一输入端子。

计数用触发器(在图7中表记为T-FF)109与斜坡信号电压的上升开始同步地开始计数时钟信号CK。然后，在根据比较器105表示斜坡信号的电平与来自单位像素101的信号电压为一致的信号(图7所示的比较结果信号)的电平发生变化的时刻，将此时的计数值输出作为对来自单位像素101的信号电压进行表示的数字信号。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2005-323331号公报

发明的概要

发明所要解决的技术问题

但是，根据现有技术，将针对每一列所设置的AD转换部(ADC)的每一个用一个比较器105、针对每个位所设置的锁存器111、阻抗变换放大器113(在图7中表记为“BUFAMP”)以及向水平数据总线的输送开关来构成。由于需要在水平数据总线上设置读出放大器，因此电路元件数变多。

此外，由于在水平数据总线布线的设计或布局上残存有模拟电路的要件，因此，为了避免信号干扰的影响，而产生以一定间隔改换布线的需要，还必须考虑由布线电阻和电容引起的位间的偏差(skew)。这样，在现有技术中，在进行高速传送时存在极限。

用图8到图10说明该情况。

图8是在图7的ADC中用于表达最低位的位的电路。用图9说明动作序列。从时刻T0开始到T20为止成为一水平期间。从时刻T1开始到T9为止是从像素中读出光电转换信号的像素驱动期间。在从时刻T1开始到T2为止的期间复位像素电路，在从时刻T3开始到T4为止的期间采样像素的复位信号(以后称为复位电平)，暂时存储到复位信号存储器401中。在从时刻T5开始到T6为止的期间读出像素的光电转换信号(以后称为数据电平)，并在从时刻T7开始到T8为止的期间暂时存储到像素信号存储器402中。在从时刻T10开始到T11为止的期间使计数器复位允许成为ON(允许)(在这里为高电平)，在使全部位的计数器复位之后，在从时刻T12开始到T13为止的期间使计数器时钟允许和像素数据信号允许同时成为ON(允许)(在这里为高电平)，将像素数据电平输入到比较器105的一个输入端子，同样地，在从时刻T12开始到T14，将斜坡信号输入到比较器105的另一输入端子。此时的计数器设为进行加法计数的计数器。此外，在从时刻T12开始到T14为止的期间当中，在像素数据电平与斜坡信号电平一致的时刻T13，来自比较器105的比较结果信号(以后称为计数控制信号)的电平反相，停止计数器用DFF和终止计数动作。

接着，在从时刻T14开始到T15为止的期间复位斜坡信号，当使加法减法切换信号反相时，从时刻T15开始，计数器用DFF开始减法计数。

在从时刻T15开始到时刻T17为止的期间使计数器时钟允许和像素复位信号允许同时成为ON(在这里为高电平)，从复位信号存储器401将复位电平输入到比较器105的一个输入端子，同样地，在从时刻T15开始到T17，将斜坡信号输入到比较器105的另一输入端子。