[发明专利]A/D 转换器、固态图像拾取装置和电子装置

说明书

技术领域

本发明涉及可以应用于比如CMOS图像传感器之类的固态图像捕获装置的A/D转换装置、固态图像捕获装置和电子装置。

背景技术

近年来，CMOS图像传感器广泛地用于比如数码相机、录像摄像机和监视相机之类的目的，且CMOS图像传感器的市场正在扩大。

CMOS图像传感器使用作为光电转换器件的光电二极管将入射在每一像素上的光转换为电子，并在某个时间段内积累电子，且CMOS图像传感器将反映积累的电荷量的信号转换为数字并输出该信号。

总的来说，CMOS图像传感器的像素电路使用并入像素电路中的源跟随器以将由光电二极管给出的电荷信号转换为输出(垂直)信号线的电位信号，并输出该信号。

在读取期间，以行为单位依次执行像素的选择，且在所选的行中的列的像素信号被依次或者并行地从模拟转换为数字(A/D)，且输出该信号作为捕获的图像数据。

具体来说，近年来，对于每个列提供A/D转换装置以增加速度，且在许多情况下同时执行转换。

CMOS图像传感器的A/D转换广泛地使用斜率A/D转换装置，在该斜率A/D转换装置中，比较器比较图像信号与用作基准信号(基准电压)的斜坡波，且计数器执行直到比较器的输出反转为止的时间积分。

斜率A/D转换装置具有良好的线性度和噪声特性。

因为每一A/D转换装置的操作频率减小，所以包括对于相应的像素列排列的多个A/D转换装置并同时执行A/D转换的列A/D转换装置可以改进速度。另外，基准电压生成装置由A/D转换装置共享，且因此，覆盖区域(footprint)和功耗效率是有益的，且与其他A/D转换方法相比与CMOS图像传感器的兼容性更好。

专利文件1公开了以下技术。

在该技术中，提供多个基准电压生成装置以对于单个比较器生成不同斜坡波倾度，且获得捕获的图像以使得在暗处以高位精度获得数据，并在亮处以低位精度获得数据，由此获得具有高动态范围的图像。

该技术利用仅在暗处需要精细的灰度级的图像感测的特征。

另一方面，专利文件2，3公开以下技术。

在该技术中，在列A/D转换装置中，对于多个相应的列提供的格雷码(gray code)计数器和锁存器获得较低位，且对于多个相应的列提供的二进制波纹计数器获得较高位，以使得大大地减小功耗。

在该技术中，在较高位中，根据现有技术通过由波纹计数器执行的向上/向下计数实现数字CDS(相关双采样)。

因为较低位是格雷码，存储黑色电平和图像数据到锁存器，且将数据传送到其中数据被转换为二进制码并经历数字CDS的数字处理器等。

引文列表

专利文件

专利文件1：JP 2011-211535 A

专利文件2：JP 2011-234326 A

专利文件3：JP 2011-250395A

发明内容

要解决的技术问题

然而，专利文件1、2、3中公开的技术具有以下缺点。

在专利文件1中公开的技术中，以高位精度和低位精度读取黑色电平和图像数据两次，且因此，牺牲图像捕获的帧速率。

在低位精度的读取时，稍后读取黑色电平，且因此，不能完全地消除固定模式噪声。

如果CDS使用以高位精度获得的黑色电平应用于低位精度的图像数据，则可以消除固定模式噪声，且这消除了用于以低位精度读取黑色电平的时间段的必要性，且因此，可以增加帧速率。

但是，当黑色电平和图像数据的位精度不同时，每一LSB的模拟电压值不同，且因此，当通常可用的计数器数字CDS基于向上/向下计数时，图像数据损坏。

在专利文件2中公开的技术中，对于格雷码计数器配置较低位，且对于二进制波纹计数器配置较高位，且与格雷码计数器的时序同步的信号被作为进位(carry)发送给波纹计数器。

当黑色电平和图像数据的位精度不同，且应用计数器CDS时，需要生成移位(bit shift)的进位信号以使得较高位的位权重(电压值)相同。

专利文件2叙述了“包括用于在较低位锁存单元中计数数据作为进位的较高位计数器”，但是在较低位锁存单元中的数据不是在移位期间适当的进位信号。

在专利文件3中公开的技术中，从格雷码计数器的锁存单元生成进位掩码信号，且进位信号被掩码以避免位不一致。

但是，当进位信号的频率由于移位而增加时，掩码时段不足，且这可能导致不能避免位不一致。