[发明专利]模拟数字转换方法和装置、半导体器件及电子装置

说明书

本发明是以下发明专利申请的分案申请：申请号：200510074164.X，申请日：2005年2月23日，发明名称：模拟数字转换方法和装置、半导体器件及电子装置。

技术领域

本发明涉及模拟数字(A/D)转换方法、A/D转换器、具有多个单位元件的用于检测物理量分布的半导体器件、以及电子装置。具体地，本发明涉及一种用于在半导体器件和电子装置中将模拟输出转换成数字数据的技术，其中响应从外部输入的电磁波如光或辐射射线的多个单位元件将输入的电磁波转换成物理量分布作为电信号，并且通过寻址控制选择性地读取该电信号。

背景技术

广泛地使用用于检测物理量分布的半导体器件。这种半导体器件包括响应电磁波(比如光或辐射射线)的被排列成线或矩阵的单位元件(比如像素)。

例如，在视频器材领域通常使用电荷耦合器件(CCD)、金属氧化物半导体(MOS)器件以及互补金属氧化物半导体(CMOS)器件，每种器件用于检测光(一种电磁波)作为物理量。在通过单位元件(固态图像拾取器件中的像素)转换成电信号后，这些器件读取该物理量分布。

一些固态图像拾取器件具有像素，每一个像素包括放大固态图像拾取元件(有源像素传感器或者也称为增益单元)。该有源像素传感器包括用于响应在电荷产生器中产生的信号电荷而产生像素信号的驱动晶体管。许多这种COMS固态图像拾取器件具有这种结构。

为了在放大固态图像拾取器件中读取像素信号，对具有多个像素的像素区域执行寻址控制，以便从任何单独的像素中读取信号。因此，该放大固态图像拾取器件是寻址控制型固态图像拾取器件。

作为一种具有单元像素矩阵的X-Y寻址固态图像拾取器件，放大固态图像拾取器件是在每一个像素中构造有MOS晶体管的MOS，以将放大能力赋予该像素。更具体地，有源元件放大在作为光电转换元件的光电二极管中存储的信号电荷(光电子)，并且读取该放大的信号。

在这种X-Y寻址固态图像拾取器件中，在二维矩阵中布置大量的像素晶体管以形成像素区域。信号电荷的存储以每线(行)为基准的像素中或一个一个单独地开始。通过寻址连续地读取响应于所存储的信号电荷的电流信号或电压信号。在该MOS类型(包括CMOS类型)中，在一种典型的寻址控制中，同时访问一行像素，并且从像素区域中读取以每行为基准的像素信号。

由模拟数字(A/D)转换器按需要将从像素区域中读取的模拟像素信号转换成数字数据。因为输出像素信号是信号分量和复位分量的混合，所以需要通过获得对应于复位分量的信号电压和对应于信号分量的信号电压之差来提取有效信号分量。

当将模拟像素信号转换成数字信号时，这同样正确。需要将对应于复位分量的信号电压和对应于信号分量的信号电压之间的差分量转换成数字数据。为此，在下面的专利文献和非专利文献中已经提出多种A/D转换机构。

专利文献1：日本未审专利申请公开No.11-331883；

非专利文献1：W.Yang et.al.,“An Integrated 800×600CMOS Image System”，ISSCC Digest of Technical Papers，pp.304-305，1999年2月；

非专利文献2：kazuya YONEMOTO,“CCD/CMO Image Sensor no kiso to ouyo”，CQ Publishing Co.，Ltd，first edition p201-203，2003年8月10日；

非专利文献3：Toshifumi IMAMURA和Yoshiko YAMAMOTO，“3.kosoku kinou CMOS Image Sensor no kenkyu”，因特网<URL：http://www.sankaken.gr.jp/project/iwataPJ/report/h12/h12index.html>，2004年3月15日在线搜索；

非专利文献4：Toshifumi IMAMURA、Yoshiko YAMAMOTO和NaoyaHASEGAWA，“3.Koshoku kinou CMOS Image Sensor no kenkyu”，因特网<URL：http://www.sankaken.gr.jp/project/iwataPJ/report/h12/h14index.html>，2004年3月15日在线搜索；