專利名稱：電子裝置、ad轉(zhuǎn)換裝置和ad轉(zhuǎn)換方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及例如固體攝像器件或攝像裝置的電子裝置、模擬數(shù)字(analog to digital, AD)轉(zhuǎn)換裝置和AD轉(zhuǎn)換方法。
背景技術(shù)：
在電子裝置中，模擬信號經(jīng)常被轉(zhuǎn)換成數(shù)字數(shù)據(jù)(稱為AD轉(zhuǎn)換)。有時也將兩 個模擬信號(電壓電平)之間的差轉(zhuǎn)換成數(shù)字數(shù)據(jù)。作為AD轉(zhuǎn)換方法，可以根據(jù)電路 尺寸、處理速度(高速化)和分辨率等考慮各種方法。作為一個示例，有基準信號比較 型AD轉(zhuǎn)換方法(參照JP-A-2005-323331)。此外，基準信號比較型也被稱為斜率積分型 (slopeintegration type)或斜坡信號t匕較型(ramp signal comparing type)。在基準信號比較型AD轉(zhuǎn)換方法中，值逐漸改變的基準信號被用于電壓比較，該電 壓比較用于向數(shù)字數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。此外，使待處理的模擬信號和基準信號相比，并且基于通過 根據(jù)比較處理結(jié)果在計數(shù)操作有效期間內(nèi)進行計數(shù)處理得到的計數(shù)值，獲取待處理的信號 的數(shù)字數(shù)據(jù)。在JP-A-2005-323331中公開了 一個示例，在該示例中，基準信號比較型AD轉(zhuǎn)換方 法被用于固體攝像器件或攝像裝置。在通過計算像素信號電壓中的復(fù)位電平與信號電平之 間的差進行相關(guān)雙采樣(CorrelatedDouble Sampling,⑶S)處理的情況下，在進行基準信 號比較型AD轉(zhuǎn)換時，同時進行該CDS處理。通過獲取作為復(fù)位電平與信號電平之間的差的 結(jié)果的數(shù)字數(shù)據(jù)，得到去除了噪聲的信號分量的數(shù)字數(shù)據(jù)。在JP-A-2005-323331公開的方法中，在維持用于復(fù)位電平和信號電平的基準信 號的斜度(變化率)相同的同時，通過將復(fù)位電平的計數(shù)期間設(shè)定為短于信號電平的計數(shù) 期間，以此來縮短總的AD轉(zhuǎn)換期間。但是，在JP-A-2005-323331公開的方法中，復(fù)位電平的計數(shù)期間的基準信號的振 幅(AD轉(zhuǎn)換范圍)小于信號電平的計數(shù)期間的基準信號的振幅。因此，也與諸如包含在復(fù) 位電平中的噪聲或者比較處理的初始設(shè)定中的電壓變化等因素有關(guān)，復(fù)位電平偏離基準信 號的振幅。這樣，存在難以適當?shù)剡M行AD轉(zhuǎn)換處理的情況。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種能夠解決如下問題的結(jié)構(gòu)，所述問題是當利用 基準信號比較型AD轉(zhuǎn)換方法獲取與兩個信號電平之間的差對應(yīng)的數(shù)字數(shù)據(jù)時，待處理的 信號電平偏離AD轉(zhuǎn)換范圍，因而難以適當?shù)剡M行AD轉(zhuǎn)換處理。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種電子裝置，所述電子裝置包括:AD轉(zhuǎn)換部，它具 有比較部和計數(shù)部，所述比較部從生成電平逐漸變化的基準信號的基準信號生成部接收所 述基準信號，并對所述基準信號與待處理的模擬信號進行比較，所述計數(shù)部接收用于AD轉(zhuǎn) 換的計數(shù)時鐘并基于所述比較部的比較結(jié)果進行計數(shù)操作，并且所述AD轉(zhuǎn)換部基于所述 計數(shù)部的輸出數(shù)據(jù)獲取所述待處理的信號的數(shù)字數(shù)據(jù)；計數(shù)操作期間控制部，它基于所述 比較部的比較結(jié)果控制各處理期間內(nèi)的所述計數(shù)部的操作期間；以及驅(qū)動控制部，它控制 所述基準信號生成部和所述AD轉(zhuǎn)換部。所述驅(qū)動控制部控制所述基準信號生成部，使得用 于差分處理的基準側(cè)的處理周期內(nèi)的每單位時間的基準信號的斜度被設(shè)定為大于包含在 所述差分處理中獲得的差的一側(cè)的處理周期內(nèi)的每單位時間的基準信號的斜度。在基準側(cè)的處理期間，計數(shù)期間與未采用第一方面的情況相同，但基準信號的斜 度大于未采用第一方面的情況。結(jié)果，在基準側(cè)的處理期間，相比未采用第一方面的情況， AD轉(zhuǎn)換范圍擴大。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種電子裝置，所述電子裝置包括:AD轉(zhuǎn)換部，它具 有比較部和計數(shù)部，所述比較部從生成電平逐漸變化的基準信號的基準信號生成部接收所 述基準信號，并對所述基準信號與待處理的模擬信號進行比較，所述計數(shù)部接收用于AD轉(zhuǎn) 換的計數(shù)時鐘并基于所述比較部的比較結(jié)果進行計數(shù)操作，并且所述AD轉(zhuǎn)換部基于所述 計數(shù)部的輸出數(shù)據(jù)獲取所述待處理的信號的數(shù)字數(shù)據(jù)；計數(shù)操作期間控制部，它基于所述 比較部的比較結(jié)果控制各處理期間內(nèi)的所述計數(shù)部的操作期間；以及驅(qū)動控制部，它控制 所述基準信號生成部和所述AD轉(zhuǎn)換部。所述驅(qū)動控制部控制所述AD轉(zhuǎn)換部，使得用于差 分處理的基準側(cè)的處理期間根據(jù)AD轉(zhuǎn)換增益的設(shè)定值改變?；鶞蕚?cè)的處理期間和包含在 差分處理中獲得的差的一側(cè)的處理期間內(nèi)的用于AD轉(zhuǎn)換的計數(shù)時鐘的頻率恒定而不管AD 轉(zhuǎn)換增益的設(shè)定值?；鶞蕚?cè)的處理期間內(nèi)的每單位時間的基準信號的斜度被設(shè)定為與包含 所述差的一側(cè)的處理期間內(nèi)的每單位時間的基準信號的斜度相同而不管AD轉(zhuǎn)換增益的設(shè) 定值。在基準側(cè)的處理期間內(nèi)，用于AD轉(zhuǎn)換的計數(shù)時鐘與未采用第二方面的情況相同， 但計數(shù)期間根據(jù)AD轉(zhuǎn)換增益的設(shè)定值變得比未采用第二方面的情況的計數(shù)期間長。結(jié)果， 在基準側(cè)的處理期間，相比未采用第二方面的情況，AD轉(zhuǎn)換范圍擴大。本發(fā)明還提供一種AD轉(zhuǎn)換裝置，所述AD轉(zhuǎn)換裝置包括基準信號生成部，它生成 電平逐漸變化的基準信號；比較部，它對待處理的模擬信號與從所述基準信號生成部輸出 的所述基準信號進行比較；計數(shù)部，它接收用于AD轉(zhuǎn)換的計數(shù)時鐘，并基于所述比較部的 比較結(jié)果進行計數(shù)操作；計數(shù)操作期間控制部，它基于所述比較部的比較結(jié)果控制各處理 期間內(nèi)的所述計數(shù)部的操作期間；以及控制部，它控制所述基準信號生成部和所述計數(shù)部。 所述控制部控制所述基準信號生成部，使得用于差分處理的基準側(cè)的處理期間內(nèi)的每單位 時間的所述基準信號的斜度，大于包含在所述差分處理中獲得的差的一側(cè)的處理期間內(nèi)的 每單位時間的所述基準信號的斜度。本發(fā)明還提供一種AD轉(zhuǎn)換裝置，所述AD轉(zhuǎn)換裝置包括基準信號生成部，它生成 電平逐漸變化的基準信號；比較部，它對待處理的模擬信號與從所述基準信號生成部輸出 的所述基準信號進行比較；計數(shù)部，它接收用于AD轉(zhuǎn)換的計數(shù)時鐘，并基于所述比較部的 比較結(jié)果進行計數(shù)操作；計數(shù)操作期間控制部，它基于所述比較部的比較結(jié)果控制各處理
6期間內(nèi)的所述計數(shù)部的操作期間；以及控制部，它控制所述基準信號生成部和所述計數(shù)部。 所述控制部控制所述計數(shù)部，使得用于差分處理的基準側(cè)的處理期間根據(jù)AD轉(zhuǎn)換增益的 設(shè)定值改變，并使所述基準側(cè)的處理期間和包含在所述差分處理中獲得的差的一側(cè)的處理 期間內(nèi)的用于AD轉(zhuǎn)換的計數(shù)時鐘的頻率恒定而不管AD轉(zhuǎn)換增益的設(shè)定值，并且所述控制 部控制所述基準信號生成部，使得所述基準側(cè)的處理期間內(nèi)的每單位時間的所述基準信號 的斜度與包含所述差的一側(cè)的處理期間內(nèi)的每單位時間的所述基準信號的斜度相同而不 管AD轉(zhuǎn)換增益的設(shè)定值。本發(fā)明還提供一種AD轉(zhuǎn)換方法，所述方法包括以下步驟使用比較部對電平逐漸 變化的基準信號與待處理的模擬信號進行比較；使用計數(shù)部接收用于AD轉(zhuǎn)換的計數(shù)時鐘， 并基于所述比較部的比較結(jié)果進行計數(shù)操作；以及基于所述計數(shù)部的輸出數(shù)據(jù)獲取所述待 處理的信號的數(shù)字數(shù)據(jù)。把用于差分處理的基準側(cè)的處理期間內(nèi)的每單位時間的所述基準 信號的斜度設(shè)定為大于包含在所述差分處理中獲得的所述差的一側(cè)的處理期間內(nèi)的每單 位時間的所述基準信號的斜度。本發(fā)明還提供一種AD轉(zhuǎn)換方法，所述方法包括以下步驟使用比較部對電平逐漸 變化的基準信號與待處理的模擬信號進行比較；使用計數(shù)部接收用于AD轉(zhuǎn)換的計數(shù)時鐘， 并基于所述比較部的比較結(jié)果進行計數(shù)操作；以及基于所述計數(shù)部的輸出數(shù)據(jù)獲取所述待 處理的信號的數(shù)字數(shù)據(jù)。根據(jù)AD轉(zhuǎn)換增益的設(shè)定值改變用于差分處理的基準側(cè)的處理期 間，并且不管AD轉(zhuǎn)換增益的設(shè)定值，使所述基準側(cè)的處理期間和包含在所述差分處理中獲 得的差的一側(cè)的處理期間內(nèi)的用于AD轉(zhuǎn)換的計數(shù)時鐘的頻率恒定，以及不管AD轉(zhuǎn)換增益 的設(shè)定值，把所述基準側(cè)的處理期間內(nèi)的每單位時間的所述基準信號的斜度設(shè)定為與包含 所述差的一側(cè)的處理期間內(nèi)的每單位時間的所述基準信號的斜度相同。根據(jù)本發(fā)明的實施例，由于與不采用第一和第二方面的情況相比AD轉(zhuǎn)換范圍擴 大，因而能夠解決待處理的信號的電平偏離AD轉(zhuǎn)換范圍的問題。


圖1是示出了互補金屬氧化物半導(dǎo)體(Complementary Metal OxideSemiconductor, CMOS)型固體攝像器件的基本結(jié)構(gòu)的圖。圖2A是示出了基準信號生成部的數(shù)字模擬(digital to analog,DA)轉(zhuǎn)換部的結(jié) 構(gòu)示例的圖。圖2B是示出了比較部的輸入級的結(jié)構(gòu)和操作的圖。圖3A是示出了考慮AD轉(zhuǎn)換處理和⑶S處理時固體攝像器件的簡單電路結(jié)構(gòu)的 圖。圖3B是示出了基準信號比較型AD轉(zhuǎn)換的基本操作的圖。圖4A是示出了位分辨率、基準信號的斜度和AD時鐘的關(guān)系的圖。圖4B是示出了 AD轉(zhuǎn)換增益改變(當增益為1倍和2倍時)的圖。圖5是示出了第一實施例的操作的時序圖。圖6A是示出了第二實施例的操作的時序圖。圖6B是示出了用于實現(xiàn)第二實施例的時鐘供給方法的圖。圖7是示出了第三實施例的操作的時序圖。
圖8是示出了第四實施例(攝像裝置)的圖。
具體實施例方式
以下將參照附圖對本發(fā)明的實施例詳細地說明。按以下順序進行說明。1、固體攝像器件的基本結(jié)構(gòu)和操作。2、第一實施例(固體攝像器件計數(shù)期間不變的條件下增加P相位范圍始終)3、第二實施例(固體攝像器件計數(shù)期間不變的條件下增加P相位范圍與增益 有關(guān))4、第三實施例(固體攝像器件計數(shù)期間改變的條件下增加P相位范圍與增益 有關(guān))5、第四實施例(應(yīng)用于攝像裝置)固體攝像器件基本結(jié)構(gòu)和操作圖1是示出了作為固體攝像器件的一個實施例的CMOS型固體攝像器件(CMOS圖 像傳感器)的基本結(jié)構(gòu)的圖。固體攝像器件也是半導(dǎo)體器件的示例。固體攝像器件1包括像素陣列部10，在該像素陣列部10中，按二維矩陣形式排列 有多個單位像素3。在圖1中，為了簡便起見，以省略部分行和列的狀態(tài)來表示行和列。但 實際上，幾十至幾千個單位像素3被配置在各行或各列中。通過垂直信號線19，從單位像素 3對各列輸出像素信號電壓Vx。在垂直信號線19的像素信號電壓Vx中，作為時序方式，信號電平Ssig在作為基 準電平的包含像素信號噪聲的復(fù)位電平Srst之后出現(xiàn)。信號電平Ssig是在復(fù)位電平Srst 上加上信號分量Vsig獲得的電平，并且信號分量Vsig可利用Ssig( = Srst+Vsig)-Srst 得到。此外，固體攝像器件1還包括列AD轉(zhuǎn)換部26，在該列AD轉(zhuǎn)換部26中，以列并行方 式設(shè)置有AD轉(zhuǎn)換部250，各個AD轉(zhuǎn)換部250進行⑶S處理或數(shù)字轉(zhuǎn)換。此外，固體攝像器件1還包括驅(qū)動控制部7、為單位像素3供給用于像素信號讀取 的操作電流(讀取電流)的讀取電流控制部24、為列AD轉(zhuǎn)換部26供給用于AD轉(zhuǎn)換的基準 信號SLP_ADC的基準信號生成部27以及輸出部28。驅(qū)動控制部7包括用于實現(xiàn)像素陣列部10的信號的依次讀取的控制電路功能的 水平掃描部12(列掃描電路)、垂直掃描部14(行掃描電路)以及通信時序控制部20。水 平掃描部12指定在數(shù)據(jù)傳輸操作時要讀取的數(shù)據(jù)的列位置。水平掃描部12具有控制列地址或列掃描的水平地址設(shè)定部12a或水平驅(qū)動部 12b。垂直掃描部14具有控制行地址或行掃描的垂直地址設(shè)定部14a或垂直驅(qū)動部14b。 水平掃描部12和垂直掃描部14響應(yīng)于來自通信時序控制部20的控制信號CN1和CN2開 始行和列的掃描。通信時序控制部20包括時序發(fā)生器(讀取地址控制裝置的一個示例)的功能塊， 該時序發(fā)生器的功能塊把與通過端子5a輸入的主時鐘CLK0同步的時鐘供給到器件內(nèi)的各 個部分(掃描部12和14或列AD轉(zhuǎn)換部26)。此外，通信時序控制部20包括通信接口的功 能塊，該通信接口的功能塊接收通過端子5a從外部主控制部供給的主時鐘CLK0，并接收通
8過端子5b從外部主控制部供給的指示操作模式等的數(shù)據(jù)，并且將包含有關(guān)固體攝像器件1 的信息的數(shù)據(jù)輸出到外部主控制部。通信時序控制部20具有時鐘轉(zhuǎn)換部20a和系統(tǒng)控制部20b，時鐘轉(zhuǎn)換部20a是生 成內(nèi)部時鐘的時鐘轉(zhuǎn)換器的一個示例，系統(tǒng)控制部20b具有通信功能或者控制各個部分的 時序的功能。時鐘轉(zhuǎn)換部20a具有乘法電路，該乘法電路基于通過端子5a輸入的主時鐘 CLK0生成具有高于主時鐘CLK0的較高頻率的脈沖，并且該時鐘轉(zhuǎn)換部20a生成諸如AD時 鐘CKcnt或DAC時鐘CKdac等內(nèi)部時鐘。輸出部28具有信號放大部402 (S*A)和數(shù)字接口部406 (DIF)。輸出部28還包括 將在后面說明的用于減少待機狀態(tài)的電能消耗的其他功能部。信號放大部402檢測作為用 于數(shù)據(jù)傳輸?shù)男盘柧€(傳輸布線)的水平信號線18中的信號(即使是數(shù)字數(shù)據(jù)的情況下 也具有小的振幅)。數(shù)字接口部406夾在信號放大部402與外部電路之間，并且具有與外電路接口的 功能。數(shù)字接口部406的輸出與輸出端5c連接，并且圖像數(shù)據(jù)被輸出到后級電路。單位像素3通過用于行選擇的行控制線15與垂直掃描部14連接，通過垂直信號 線19與被設(shè)置為用于列AD轉(zhuǎn)換部26的每個垂直列的AD轉(zhuǎn)換部250連接。行控制線15 表示從垂直掃描部14延伸到像素的全部布線。垂直掃描部14選擇像素陣列部10的行，并對該行供給必要的脈沖。垂直地址設(shè) 定部14a不僅選擇有信號要讀取的行(讀取行；也被稱為選擇行或信號輸出行)，也選擇用 于電子快門的行等。作為AD轉(zhuǎn)換部250中的AD轉(zhuǎn)換方法，可以根據(jù)電路尺寸、處理速度(高速化)和 分辨率等考慮各種方法。作為示例，采用被稱為基準信號比較型AD轉(zhuǎn)換方法、斜率積分型 AD轉(zhuǎn)換方法或斜坡信號比較型AD轉(zhuǎn)換方法的AD轉(zhuǎn)換方法。由于該方法能夠以簡單的結(jié)構(gòu) 實現(xiàn)AD轉(zhuǎn)換器，因此具有即使并行設(shè)置也不會使電路尺寸增加的特征。在基準信號比較型 AD轉(zhuǎn)換中，基于從轉(zhuǎn)換開始(比較處理的開始)至轉(zhuǎn)換結(jié)束(比較處理的結(jié)束)的時間確 定計數(shù)操作有效期間Ten(這里，表示該期間的信號是計數(shù)使能信號EN)，并基于該期間的 時鐘數(shù)把待處理的信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字數(shù)據(jù)。當采用基準信號比較型AD轉(zhuǎn)換方法時，也可以考慮以列并行的方式設(shè)置基準信 號生成部27 (對各個像素列)。例如，存在采用如下結(jié)構(gòu)的情況，在該結(jié)構(gòu)中，在各像素列上 設(shè)置有比較器和基準信號發(fā)生器，并且基于本列的比較器的比較結(jié)果，利用相應(yīng)列的基準 信號發(fā)生器依次改變基準信號的值。然而，這種情況會增加電路尺寸或電能消耗。因此，在 本實施例中，采用如下的結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)中，基準信號生成部27在全部列中共用，并且通過 基準信號生成部27生成的基準信號SLP_ADC對各像素列的AD轉(zhuǎn)換部250共用。因此，基準信號生成部27具有DA轉(zhuǎn)換部270 (DAC 數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器(Digital Analog Converter)). DA轉(zhuǎn)換部270從用來自通信時序控制部20的控制數(shù)據(jù)CN4表示的 初始值，與DAC時鐘CKdac同步地生成具有用控制數(shù)據(jù)CN4表示的斜度(變化率)的基準 信號SLP_ADC。優(yōu)選地，基準信號SLP_ADC具有這樣的波形該波形整體上具有預(yù)定斜度并 呈線性變化。基準信號SLP_ADC可以以平滑的斜坡形狀改變，或者以臺階方式依次改變。在基準信號比較型AD轉(zhuǎn)換中，基于使用比較部252的基準信號SLP_ADC與像素 信號電壓Vx的比較結(jié)果，確定計數(shù)操作有效期間Ten (表示該期間的信號為計數(shù)使能信號
9EN)，并且，基于計數(shù)使能信號EN激活(active)期間的AD時鐘CKcnt的時鐘數(shù)，把待處理 的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字數(shù)據(jù)。關(guān)于基準電平(復(fù)位電平Srst)的處理被稱為預(yù)充電相位(可簡記為P相位)的 處理，并且關(guān)于信號電平Ssig的處理被稱為數(shù)據(jù)相位(可簡記為D相位)的處理。對于在 P相位處理之后進行D相位處理的情況，D相位處理是對通過在復(fù)位電平Srst上加上信號 分量Vsig得到的信號電平Ssig的處理。本發(fā)明的申請人提出了各種基準信號比較型AD轉(zhuǎn)換方法，例如，設(shè)定計數(shù)操作有 效期間Ten或者在AD轉(zhuǎn)換部250內(nèi)進行差分處理(⑶S處理)，基本上，這些方法也可以用 于下述各實施例中。
在所有的處理示例中，基準信號SLP_ADC被供給到電壓比較器，并且通過垂直信 號線19輸入的模擬像素信號與基準信號SLP_ADC相比。之后，當計數(shù)操作有效期間Ten開 始時，通過開始時鐘信號中的計數(shù)對指定的計數(shù)操作有效期間Ten內(nèi)的時鐘數(shù)進行計數(shù)， 由此進行AD轉(zhuǎn)換。為了進行基準信號比較型AD轉(zhuǎn)換，AD轉(zhuǎn)換部250包括比較部252 (COMP)、計數(shù) 操作期間控制部253(生成EN)以及計數(shù)部254。優(yōu)選地，可以使計數(shù)部254在增計數(shù) (up-coimt)模式與減計數(shù)(down-count)模式之間切換。通過采用可逆計數(shù)器(up/down counter)，能夠?qū)崿F(xiàn)高的幀率而不會增加電路尺寸。在本示例中，在用于各列的計數(shù)部254 的后級上還設(shè)置有具有用于水平傳輸?shù)逆i存器257 (存儲器)的數(shù)據(jù)存儲部256。比較部252對在基準信號生成部27中生成的基準信號SLP_ADC與通過垂直信號 線19(H1、H2、…、Hh)從選擇行的單位像素3獲得的模擬像素信號電壓Vx進行比較。當 基準信號SLP_ADC與像素信號電壓Vx —致時，比較部252將比較脈沖Co (比較器輸出)反 轉(zhuǎn)。控制信號CN5從通信時序控制部20輸入到各AD轉(zhuǎn)換部250的計數(shù)部254，該控制 信號CN5指定諸如P相位的計數(shù)處理中的復(fù)位處理或初始值Dini的設(shè)定，或者計數(shù)部254 是以增計數(shù)模式還是減計數(shù)模式進行P相位和D相位的操作等其他控制信息。由基準信號生成部27生成的基準信號SLP_ADC被共同地輸入到比較部252的一 個輸入端子(+)和其它比較部252的輸入端子(+)，并且對應(yīng)垂直列的垂直信號線19連接 至比較部252的另一輸入端子(_)，從而分別地輸入來自像素陣列部10的像素信號電壓 Vx0來自通信時序控制部20的AD時鐘CKcnt被共同地輸入到一個計數(shù)部254的時鐘 端子CK以及其它計數(shù)部254的各時鐘端子CK。對于不設(shè)置數(shù)據(jù)存儲部256的情況，控制脈 沖通過控制線12c從水平掃描部12輸入到計數(shù)部254。計數(shù)部254具有保持計數(shù)結(jié)果的鎖 存功能，從而保持計數(shù)值，直至出現(xiàn)使用來自控制線12c的控制脈沖的指示。利用與半導(dǎo)體集成電路的制造技術(shù)相同的技術(shù)，例如水平掃描部12和垂直掃描 部14等驅(qū)動控制部7的各部件，在例如單晶硅等半導(dǎo)體區(qū)域中與像素陣列部10—體形成。 艮口，上述部件被形成在所謂的單芯片上(被設(shè)置在同一半導(dǎo)體基板上)。這樣，形成了本實 施例的固體攝像器件1。如上所述，固體攝像器件1可以被形成為各部件一體形成在半導(dǎo)體區(qū)域中的單芯 片。然而，盡管未圖示，但固體攝像器件1也可以被構(gòu)成為如下的模塊形式，該模塊具有攝像功能，并且包括諸如像素陣列部10、驅(qū)動控制部7和列AD轉(zhuǎn)換部26等各種信號處理部，還包括諸如攝像透鏡、低通光學(xué)濾波器和紅外光截止濾光器等光學(xué)系統(tǒng)。各AD轉(zhuǎn)換部250的輸出側(cè)，例如，計數(shù)部254的輸出可以連接至水平信號線18。 可替代地，如圖所示，可以采用這樣的結(jié)構(gòu)在計數(shù)部254的后級上設(shè)置作為具有鎖存器的 存儲裝置的數(shù)據(jù)存儲部256的結(jié)構(gòu)，其中，鎖存器保持該計數(shù)部254內(nèi)保持的計數(shù)結(jié)果。數(shù) 據(jù)存儲部256以預(yù)定時序保持并存儲從計數(shù)部254輸出的計數(shù)數(shù)據(jù)。水平掃描部12具有讀取掃描部的功能，即，與列AD轉(zhuǎn)換部26的各比較部252和 計數(shù)部254進行的相應(yīng)處理并行地，該讀取掃描部讀取各數(shù)據(jù)存儲部256所保持的計數(shù)值。 數(shù)據(jù)存儲部256的輸出與水平信號線18連接。水平信號線18是具有AD轉(zhuǎn)換部250的位寬 或兩倍位寬(例如，當補償輸出時)的信號線，并與具有與各輸出線對應(yīng)的信號放大部402 的輸出部28連接。計數(shù)部254、數(shù)據(jù)存儲部256和水平信號線18分別具有與N位對應(yīng)的結(jié) 構(gòu)。基準信號牛成部基本結(jié)構(gòu)圖2A是示出了基準信號生成部27的DA轉(zhuǎn)換部270的結(jié)構(gòu)示例的圖。DA轉(zhuǎn)換部 270包括由恒定電流源組合形成的電流源部302、計數(shù)部312、偏移生成部314、電流源控制 部316以及設(shè)定限定電流1_0的基準電流源部330，并且該DA轉(zhuǎn)換部270用作電流輸出型 DA轉(zhuǎn)換電路。具有電阻[340的電阻部340作為電流電壓轉(zhuǎn)換部連接至電流源部302的電 流輸出端。電流源部302、電流源控制部316和電阻部340形成電流電壓轉(zhuǎn)換部301，并且 在電流源部302與電阻部340之間的連接點處生成的電壓被用作基準信號SLP_ADC。電流源部302具有輸出預(yù)定的限定電流值的恒定電流源304?？梢砸愿鞣N方式設(shè) 定電流源部302的各恒定電流源304的電流值，或者可以以各種方式對電流源部302的各 恒定電流源304進行排列和控制。此處，為了便于理解，作為示例，假設(shè)恒定電流源304具 有按位(bit)布置的多個恒定電流源304，并且各恒定電流源304輸出具有相對于由基準電 流源部330設(shè)定的限定電流1_0的位權(quán)重的電流。例如，在12位的情況下，假設(shè)表示取冪，則第0位的恒定電流源304_0輸出 2~0XI_0，第1位的恒定電流源304_1輸出2~1XI_0、…、第10位的恒定電流源304_10輸 出2~10XI_0，第11位的恒定電流源304_11輸出2~11XI_0。恒定電流源304的電流輸出 端被共通地連接，并且還通過電阻部340連接至與基準信號SLP_ADC的初始電位SLP_ini 相當?shù)幕鶞孰娫碫ref。盡管基準電源Vref基于表示包含在控制數(shù)據(jù)CN4中的用于各比較 處理的基準信號SLP_ADC的初始值的信息被設(shè)定，但也可以使用任何用于設(shè)定該基準電源 Vref的電路結(jié)構(gòu)。基準電流源部330包括一端與負電源或接地端連接并生成初始電流Iini的恒定 電流源332、作為恒定電流源332的負載的Pch型晶體管334、增益改變部336以及把從增 益改變部336輸出的電流供給到電流源部302的各恒定電流源304的Nch型晶體管338。 晶體管334的源極與正電源連接，其漏極和柵極共同地與恒定電流源332的輸出端連接，并 且，晶體管334與增益改變部336的晶體管(未圖示)之間形成電流鏡像連接。雖然未圖示，但增益改變部336將限定電流1_0供給到晶體管338，該限定電流 1_0是使來自晶體管334的鏡像電流乘以預(yù)定數(shù)值得到的。晶體管338的源極與負電源或 接地端連接，其漏極和柵極共同地與增益改變部336的輸出端連接，并且，晶體管338與電流源部302的各恒定電流源304之間形成電流鏡像連接。增益改變部336基于表示包含在控制數(shù)據(jù)CN4中的用于各比較處理的基準信號 SLP_ADC的斜度的信息，設(shè)定每時鐘的電壓變化Δ SLP ( = Ι_0 X R_340)，并對每個DAC時鐘 CKdac改變一個計數(shù)值。實際上，可以僅對與P相位計數(shù)期間Trm或D相位計數(shù)期間Tsm對 應(yīng)的DAC時鐘CKdac的最大計數(shù)數(shù)(P相位最大計數(shù)數(shù)Drm和D相位最大計數(shù)數(shù)Dsm)設(shè)定 最大電壓寬度。通過改變對基準電流源部330的恒定電流源332的初始電流Iini的量的 增益來調(diào)整每時鐘的Δ SLP，進而調(diào)整基準信號SLP_ADC的斜度(變化率)。假設(shè)P相位處理時的基準信號SLP_ADC_P的斜度為Δ SLP_P,則P相位計數(shù)期間 Trm內(nèi)的基準信號SLP_ADC_P的振幅(P相位范圍Range_P)為Δ SLP_P ·0ηιι。假設(shè)D相位 處理時的基準信號SLP_ADC_D的斜度為Δ SLP_D,則D相位計數(shù)期間Tsm內(nèi)的基準信號SLP_ ADC_D 的振幅(D 相位范圍 Range_D)為 Δ SLP_D · Dsm。計數(shù)部312基于來自通信時序控制 部20的DAC時鐘CKdac進行計數(shù)操作，并將計 數(shù)結(jié)果供給到電流源控制部316。偏移生成部314獨立于基于計數(shù)部312的計數(shù)值的變化 向基準信號SLP_ADC施加恒定電位(偏移量)，并將該信息供給到電流源控制部316。電流 源控制部316基于計數(shù)部312的計數(shù)值和與來自電流源控制部316的偏移量有關(guān)的信息， 判斷要打開還是關(guān)閉恒定電流源304，并基于該判斷結(jié)果打開或關(guān)閉恒定電流源304。為了便于理解，除非特別強調(diào)，假設(shè)偏移量為零。因此，無論何時計數(shù)部312的計 數(shù)值增加，DA轉(zhuǎn)換部270使電壓從表示包含在控制數(shù)據(jù)CN4中的初始值的電壓開始對每一 個DAC時鐘CKdac改變Δ SLP。對于增計數(shù)操作的情況，由于電壓按Δ SLP減少，因此出現(xiàn) 負斜度。對于減計數(shù)操作的情況，由于電壓按Δ SLP增加，因此出現(xiàn)正斜度。在本結(jié)構(gòu)示例中，通過改變DA轉(zhuǎn)換部270的限定電流1_0、用于電流電壓轉(zhuǎn)換的電 阻部340的電阻R_340和形成DA轉(zhuǎn)換部270的計數(shù)部312所使用的DAC時鐘CKdac中的 任一值，來改變基準信號SLP_ADC的斜度。即使當改變上述任一值時，也可以通過從相反方 向?qū)ζ渌考M行校正而使斜度不變。為了改變基準信號SLP_ADC的斜度，可以考慮如下的方法，即，改變形成DA轉(zhuǎn)換部 270的計數(shù)部312所使用的DAC時鐘CKdac，而不改變DA轉(zhuǎn)換部270的限定電流1_0或用 于電流電壓轉(zhuǎn)換的電阻部340的電阻。該方法被稱為通過改變DA轉(zhuǎn)換部270的計數(shù)部312 的時鐘操作來改變斜度的方法。作為改變用于AD轉(zhuǎn)換的基準信號SLP_ADC的斜度的其他方法，還可以考慮如下方 法，即，改變用于電流電壓轉(zhuǎn)換的電阻部340的電阻，而不改變DA轉(zhuǎn)換部270的限定電流 1_0或形成DA轉(zhuǎn)換部270的計數(shù)部312的操作速度。該方法被稱為通過改變電流電壓轉(zhuǎn)換 中的電阻來改變斜度的方法。也可以采用如下的方法，即，通過改變DA轉(zhuǎn)換部270的限定電流1_0來改變與計 數(shù)部312的計數(shù)值對應(yīng)的權(quán)重，而不改變形成DA轉(zhuǎn)換部270的計數(shù)部312的操作速度或者 用于電流電壓轉(zhuǎn)換的電阻部340的電阻。該方法被稱為通過改變電流電壓轉(zhuǎn)換中的電流來 改變斜度的方法。另一方面，當DAC時鐘CKdac被設(shè)定為1/M時，通過將電阻部340的電阻 R.340設(shè)定為1/M或?qū)⑾薅娏?_0增加為M倍，可以使基準信號SLP_ADC的斜度不變。此外，不改變限定電流1_0、電阻R_340和DAC時鐘CKdac中的任何一個，而是通 過根據(jù)增益使發(fā)送到DA轉(zhuǎn)換部270的電流源部302的編碼移位來改變DA轉(zhuǎn)換部270的操作，從而應(yīng)對以“2、”為單位的增益改變。該方法被稱為編碼移位(code shifting)方法。例如，當8位的1最低有效位(Least Significant Bit, LSB)電壓被設(shè)定為 ImViOdB時，假設(shè)對電流源部302發(fā)送如下編碼。通常(lmV/LSB)(沒有移位)00000000 (Od) — OmV00000001 (Id) — ImV
00000010 (2d) — 2mV00000011 (3d) — 3mV增益為2 倍(0. 5mV/LSB) (LSB 被移 1 位)00000000 (Od) — OmV00000010 (2d) — ImV00000100 (4d) — 2mV00000110 (6d) — 3mV增益為4 倍(0. 25mV/LSB) (LSB 被移 2 位)00000000 (Od) — OmV00000100 (4d) — ImV00001000 (8d) — 2mV00001100 (12d) — 3mV因此，通過利用增益倍增使操作DA轉(zhuǎn)換部270的電流源部302的編碼的位移位， 即使不改變限定電流1_0、電阻R_340和DAC時鐘CKdac，也可以將范圍擴大為2倍、4倍、…。此處示出的基準信號生成部27的結(jié)構(gòu)是示例，并且調(diào)整基準信號SLP_ADC的斜度 的方法不限于這些方法。例如，也可以生成在控制數(shù)據(jù)CN4中包含α (初始值)和斜度(變 化率)β、滿足y= α-β ·χ函數(shù)的基準信號SLP_ADC，并且，基準信號生成部27可以被形 成為不使用計數(shù)部312。但是，使用計數(shù)部312的結(jié)構(gòu)的優(yōu)點在于，容易生成基準信號SLP_ ADC并且容易實現(xiàn)與計數(shù)部254的操作的對應(yīng)。例如，可以考慮如下的結(jié)構(gòu)，即，在使供給到基準信號生成部27的DAC時鐘CKdac 的周期保持恒定的同時，將計數(shù)輸出值設(shè)定為X，并輸出由y= α-β ·χ計算出的電位。在 這種情況下，通過改變例如DAC時鐘CKdac的頻率，實現(xiàn)對基于表示斜度β的信息的各DAC 時鐘CKdac的電壓變化ASLP(即，基準信號SLP_ADC的斜度β )的調(diào)整。此外，如從上面 的敘述中看到的，也可以通過改變用于電流電壓轉(zhuǎn)換的電阻或者改變單位電流源的電流量 來調(diào)整每時鐘的ASLP。比較部的輸入級圖2Β是示出了比較部252的輸入級的結(jié)構(gòu)和操作的圖。關(guān)于電路結(jié)構(gòu)，比較部 252具有以下特征，即，能夠不受用于各單位像素3的復(fù)位分量Δ V中的變化影響地設(shè)定比 較期間。如圖2Β的(1)所示，眾所周知的差分放大器結(jié)構(gòu)被用作比較部252的基本結(jié)構(gòu)。 比較部252被配置為包括差分晶體管對部352、負載晶體管對部360、電流源部370和操作 點復(fù)位部380。差分晶體管對部352由NMOS型晶體管353和354形成。負載晶體管對部 360被配置在電源側(cè)并且具有用作差分晶體管對部352的輸出負載的PMOS型晶體管362和364。電流源部370向差分晶體管對部352和負載晶體管對部360供給恒定操作電流，并且 具有配置在接地(GND)側(cè)的NMOS型恒定電流源晶體管372。
直流(DC)柵極電壓VG_ADC被輸入到恒定電流源晶體管372的柵極。差分晶體管 對部352的輸出(在圖示的示例中為晶體管354的漏極)與具有放大器功能的緩存部(未 圖示；可以為非反轉(zhuǎn)型或反轉(zhuǎn)型)連接。在緩存部內(nèi)被充分放大后，差分晶體管對部352的 輸出作為比較脈沖Co被輸出。操作點復(fù)位部380由開關(guān)晶體管382和384形成。自動歸零(auto-zero)信號AZ 作為比較器復(fù)位信號被共同地供給到開關(guān)晶體管382和384的柵極。假設(shè)自動歸零信號AZ變成激活(本示例中為L電平)的時刻處于這樣的期間 內(nèi)在被供給到單位像素3的復(fù)位晶體管的柵極端的復(fù)位信號RST從激活變到非激活 (inactive)之后，像素信號電壓Vx變?yōu)閺?fù)位電平Srst?？商娲?，假設(shè)該時刻在供給到單 位像素3的復(fù)位晶體管36的柵極端的復(fù)位信號RST被激活的期間內(nèi)。在這些期間內(nèi)，假設(shè) 基準信號SLP_ADC處于比作為向斜坡形狀變化的開始電平的初始值略低的復(fù)位電平。像素信號Vx通過電容元件386被供給到晶體管353的柵極(輸入端子)，基準信 號SLP_ADC通過電容元件388從基準信號生成部27被供給到晶體管354的柵極(輸入端 子)。操作點復(fù)位部380具有對通過電容元件386和388輸入的信號進行采樣/保持的 功能。即，僅在像素信號Vx與基準信號SLP_ADC之間的比較開始之前，自動歸零信號AZ被 設(shè)置為激活L，并且差分晶體管對部352的操作點被復(fù)位到漏極電壓(讀取基準分量或信 號分量的操作基準值)。之后，像素信號Vx通過電容元件386輸入到晶體管353，基準信號 SLP_ADC通過電容元件388輸入到晶體管354，并且像素信號Vx與基準信號SLP_ADC相比， 直至二者變成相同的電位。當像素信號Vx與基準信號SLP_ADC的電位相同時，輸出被反轉(zhuǎn)。在比較處理開始時，基準信號SLP_ADC的電平高于像素信號Vx的電平。例如，比 較部252的輸出(比較脈沖Co)處于L電平。之后，當像素信號Vx與基準信號SLP_ADC的 電位相同時，比較部252的輸出從L電平反轉(zhuǎn)為H電平。該比較脈沖Co被供給到計數(shù)操作 期間控制部253(未圖示)。復(fù)位信號RST (激活狀態(tài))被供給到單位像素3的復(fù)位晶體管的柵極端，從而使復(fù) 位晶體管復(fù)位。此時，在復(fù)位信號RST處于激活狀態(tài)的期間內(nèi)，生成具有較大的電壓電平的 噪聲脈沖。之后，當復(fù)位信號RST從激活狀態(tài)變?yōu)榉羌せ顮顟B(tài)時，像素信號電壓Vx下降到 復(fù)位電平Srst。該復(fù)位激活時的噪聲脈沖的電平和隨后的復(fù)位電平Srst對各單位像素3 是變化的。與在電荷生成部中檢測出的信號電荷對應(yīng)的信號電平Ssig被疊加到復(fù)位電平 Srst上，并且像素信號電壓Vx作為信號電平Ssig出現(xiàn)。因此，如果復(fù)位電平Srst改變，則 信號電平Ssig也改變。在這種情況下，信號電平Ssig自身不受改變的影響。考慮到這一 點，在CDS處理中，通過計算復(fù)位電平Srst與信號電平Ssig之間的差，獲取不受上述改變 影響的信號電平Ssig。由于復(fù)位電平Srst改變，因而如果電平超過基準信號SLP_ADC的可比較范圍，則 可能不能正確地進行比較。為了避免這種狀況，在P相位處理時，使電壓比較部252復(fù)位到 用于讀取復(fù)位電平Srst的操作基準值，之后，將基準信號SLP_ADC供給到比較部252。然 后，開始比較處理和計數(shù)處理。即，比較部252供給自動歸零信號AZ，使得差分晶體管對部352的晶體管353和354的柵極和漏極被暫時連接為二級管連接。然后，通過在晶體管354 的輸入端子(柵極)中保持通過將晶體管354的偏移分量加到單位像素3的放大晶體管42 的輸入而獲得的值之后，輸入基準信號SLP_ADC，從而開始像素信號Vx與基準信號SLP_ADC 之間的比較。以這種方式，對于各單位像素3，電壓比較部252的操作點被設(shè)定在像素信號 的讀取電位。因此，信號電平不會輕易受到復(fù)位電平Srst的改變的影響。但是，在這種情況下，如果比較部252被復(fù)位到操作基準值，則可能產(chǎn)生kTC噪聲。 因此，當進行D相位處理時，不進行比較部252的復(fù)位(不進行自動歸零)，而是立即將基準 信號SLP_ADC供給到比較部252，從而開始比較處理和計數(shù)處理。
固體攝像器件的基本操作圖3A和圖3B是示出了固體攝像器件1的基本操作的圖。圖3A是示出了考慮AD 轉(zhuǎn)換處理和CDS處理時的固體攝像器件1的簡單電路結(jié)構(gòu)的圖。圖3B是示出了基準信號 比較型AD轉(zhuǎn)換的基本操作的圖(時序圖)。如圖3A所示，單位像素3不僅具有電荷生成部32，還具有作為形成像素信號生成 部5的基本部件的4個晶體管(讀取選擇晶體管34、復(fù)位晶體管36、垂直選擇晶體管40和 放大晶體管42)。形成傳輸部的讀取選擇晶體管34由傳輸信號TRG驅(qū)動。形成初始化部的 復(fù)位晶體管36由復(fù)位信號RST驅(qū)動。垂直選擇晶體管40由垂直選擇信號VSEL驅(qū)動。電荷生成部32是由例如光電二極管PD等光接收元件DET形成的檢測部的一個示 例。在電荷生成部32中，光接收元件DET的陽極與低電位側(cè)的基準電位Vss連接，光接收 元件DET的陰極側(cè)與讀取選擇晶體管34的源極連接?；鶞孰娢籚ss可以為接地電位GND。 讀取選擇晶體管34 (傳輸柵極)的漏極連接至連接節(jié)點，在該連接節(jié)點處，連接有復(fù)位晶體 管36、浮動擴散部38和放大晶體管42。復(fù)位晶體管36的源極與浮動擴散部38連接，復(fù)位 晶體管36的漏極與復(fù)位電源Vrd(通常被設(shè)定為與電源Vdd共用)連接。作為一個示例，垂直選擇晶體管40的漏極與放大晶體管42的源極連接，垂直選擇 晶體管40的源極與像素線51連接，并且垂直選擇晶體管40的柵極(具體地被稱為垂直選 擇柵極SELV)與垂直選擇線52連接。放大晶體管42的柵極連接至浮動擴散部38，放大晶 體管42的漏極連接至電源Vdd，放大晶體管42的源極通過垂直選擇晶體管40連接至像素 線51并且還連接至垂直信號線19。垂直選擇晶體管40的漏極也可以連接至電源Vdd，垂 直選擇晶體管40的源極可以與放大晶體管42的漏極連接，并且放大晶體管42的源極可以 與像素線51連接。垂直信號線19的一端延伸至列AD轉(zhuǎn)換部26，并且在該路徑上連接著讀取電流控 制部24。盡管未詳細圖示，但讀取電流控制部24具有位于各垂直列上的負載MOS晶體管。 各柵極連接在基準電流源部與晶體管之間，從而形成起到用于垂直信號線19的電流源24a 的作用的電流鏡像電路。此外，可以在讀取電流控制部24與放大晶體管42之間采用供給 大致恒定的操作電流(讀取電流)的源極跟隨結(jié)構(gòu)。在AD轉(zhuǎn)換部250中，AD轉(zhuǎn)換部250的比較部252對從單位像素3讀取到垂直信 號線19的模擬像素信號電壓Vx與基準信號SLP_ADC進行比較。與比較部252類似，為各 列配置的計數(shù)部254通過計數(shù)使能信號EN操作，從而通過在維持與計數(shù)部254的一對一對 應(yīng)的同時改變基準信號SLP_ADC的各電位，將垂直信號線19的像素信號電壓Vx轉(zhuǎn)換成數(shù) 字數(shù)據(jù)。
在這種情況下，單位像素3首先被復(fù)位。之后，在列AD轉(zhuǎn)換部26中，比較部252 進行自動歸零操作，從而生成用于在解除自動歸零操作后復(fù)位電平Srst的AD轉(zhuǎn)換的基準 信號SLP_ADC_P。之后，單位像素3的讀取選擇晶體管34打開，將電荷生成部32的信號電 荷傳輸?shù)礁訑U散部38，并且在列AD轉(zhuǎn)換部26中生成用于信號電平Ssig的AD轉(zhuǎn)換的基 準信號 SLP_ADC_D。 在計數(shù)操作有效期間內(nèi)，在AD轉(zhuǎn)換部250中進行⑶S處理的情況下，例如，假設(shè)在 第一處理和第二處理中，計數(shù)開始是基準信號SLP_ADC的變化開始的時間點，計數(shù)結(jié)束是 基準信號SLP_ADC與待處理的信號電壓一致時。S卩，在該處理示例中，在第一處理和第二處 理中，都采用前半計數(shù)(first-half count)操作。如圖3B所示，在P相位處理期間，計數(shù)部254的各觸發(fā)器的計數(shù)值復(fù)位到P相位 的最大AD轉(zhuǎn)換等級的最小值min，例如復(fù)位到“0”。通過將計數(shù)部254設(shè)定為減計數(shù)模式， 并且通過并行地進行使用電壓比較部252的基準信號SLP_ADC與像素信號電壓Vx的復(fù)位 電平Srst之間的比較處理和使用計數(shù)部254的計數(shù)處理，進行復(fù)位電平Srst的AD轉(zhuǎn)換。首先，假設(shè)基準信號SLP_ADC高于像素信號電壓Vx的復(fù)位電平Srst，并且電壓比 較部252的比較脈沖Co處于H電平。在比較開始之后，當復(fù)位電平Srst與基準信號SLP_ ADC 一致時，電壓比較部252的比較脈沖Co從H變到L，并且，計數(shù)部254保持表示與復(fù)位 電平Srst的大小對應(yīng)的數(shù)字值Drst的計數(shù)值。如果考慮符號，則計數(shù)值表示“-Drst”。在D相位處理期間，讀取通過將信號分量Vsig加到復(fù)位電平Srst上得到的信號 電平Ssig,并進行與P相位的讀取相同的操作。通過將計數(shù)部254設(shè)定為增計數(shù)模式，并且 通過并行地進行使用電壓比較部252的基準信號SLP_ADC與像素信號電壓Vx的信號電平 Ssig之間的比較處理和利用計數(shù)部254的計數(shù)處理，進行信號電平Ssig的AD轉(zhuǎn)換。首先，假設(shè)基準信號SLP_ADC高于像素信號電壓Vx的信號電平Ssig,電壓比較部 252的比較脈沖Co處于H電平。在比較處理開始之后，當信號電平Ssig與基準信號SLP_ ADC —致時，電壓比較部252的比較脈沖Co從H變到L。此時，與信號電平Ssig的大小對 應(yīng)的計數(shù)值被保持在計數(shù)部254中。在這種情況下，與P相位的情況相反，從復(fù)位電平Srst的數(shù)字值Drst (此處為負 值)，增計數(shù)被設(shè)定。由于信號電平Ssig是通過將信號分量Vsig加到復(fù)位電平Srst上得 到的電平，因此信號電平Ssig的AD轉(zhuǎn)換結(jié)果的計數(shù)值基本為“Drst+Dsig”。但是，由于增 計數(shù)操作的起始點是作為復(fù)位電平Srst的AD轉(zhuǎn)換結(jié)果的“-Drst”，因此實際保持在計數(shù)部 254 中的計數(shù)值為 “-Drst+(Dsig+Drst) = Dsig”。也就是說，通過將計數(shù)操作設(shè)定為P相位處理中的減計數(shù)和D相位處理中的增計 數(shù)，可以在P相位處理和D相位處理中區(qū)別地設(shè)定計數(shù)模式。因此，在計數(shù)部254內(nèi)自動地 進行差分處理(減法處理)。AD轉(zhuǎn)換部250不僅作為將模擬的像素信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字的像素 數(shù)據(jù)的數(shù)字轉(zhuǎn)換部進行工作，還作為具有CDS處理功能的部件進行工作。計數(shù)部254中保 持的計數(shù)值Dsig表示對應(yīng)于信號分量Vsig的數(shù)字數(shù)據(jù)。在本結(jié)構(gòu)示例中，計數(shù)部254被配置為不僅進行AD轉(zhuǎn)換處理還進行⑶S處理。但 這并不是必須的。也可以將P相位處理結(jié)果和D相位處理結(jié)果分別傳輸?shù)胶蠹墸⒃谠O(shè)置 在后級的處理部中進行⑶S處理?；鶞市盘柋容^型AD轉(zhuǎn)換的問題
圖4A和圖4B是示出了基準信號比較型AD轉(zhuǎn)換的問題的圖。此處，圖4A是示出 了位分辨率、基準信號SLP_ADC的斜度和計數(shù)部254使用的AD時鐘CKcnt的頻率的關(guān)系的 圖。圖4B是示出了在改變基準信號SLP_ADC的斜度而不改變AD時鐘CKcnt的頻率的情況 下AD轉(zhuǎn)換增益改變(當AD轉(zhuǎn)換增益為1倍和2倍時)的圖。
如圖4A的(1)所示，計數(shù)部254在計數(shù)操作時使用的每AD時鐘CKcnt的基準信 號SLP_ADC的步寬Δ SLP是位分辨率，基準信號SLP_ADC的斜度和AD時鐘CKcnt的頻率影 響位分辨率。獲取N位精度時的AD時鐘CKcnt被記做AD時鐘CKcntl，并且頻率被設(shè)定為 AD時鐘CKcntl的頻率的1/M時的AD時鐘CKcnt被記做AD時鐘CKcntl/M。頻率被設(shè)定 為AD時鐘CKcntl的頻率的M倍時的AD時鐘CKcnt被記做AD時鐘CKcntM。對于DAC時 鐘CKdac也是一樣?；鶞蔇AC時鐘CKdac被記做DAC時鐘CKdacl，頻率被設(shè)定為DAC時鐘 CKdacl的頻率的1/M時的DAC時鐘CKdac被記做DAC時鐘CKdacl/M。頻率被設(shè)定為DAC 時鐘CKdacl的頻率的M倍時的DAC時鐘CKdac被記做DAC時鐘CKdacM。例如，圖4A的⑵所示，如果AD時鐘CKcnt的頻率恒定，則當基準信號SLP_ADC 的斜度較大時，步寬Δ SLP較大。因此，位分辨率變粗。另一方面，當基準信號SLP_ADC的 斜度較小時，步寬ASLP較小。因此，位分辨率變細。另一方面，如圖4A的(3)所示，如果 基準信號SLP_AD的斜度恒定，則當AD時鐘CKcnt的頻率較低時，步寬Δ SLP較大。因此， 位分辨率變粗。另一方面，當AD時鐘CKcnt的頻率較高時，步寬ASLP較小。因此，位分辨 率變細。AD時鐘CKcnt與DAC時鐘CKdac可以具有不同頻率。在這種情況下，為了消除頻 率變化對分辨率的影響，優(yōu)選地，DA轉(zhuǎn)換部270使基準信號SLP_ADC按線性變化而非以階 梯波形變化。例如，可以采用如下的方法，即，在電容器中累積電荷，并通過利用恒定電流源 的提取來生成電荷。此外，也可以利用濾波器使階梯波形變平滑。另一方面，在基準信號比較型AD轉(zhuǎn)換中，待處理的信號的AD轉(zhuǎn)換范圍被限制 在基準信號范圍(基準信號SLP_ADC的振幅)內(nèi)。因此，由于AD轉(zhuǎn)換期間變成基準信 號范圍的變化所必需的期間，因而存在AD轉(zhuǎn)換期間變長的問題。為了解決這一問題，在 JP-A-2005-323331公開的方法中，在P相位處理和D相位處理中使基準信號SLP_ADC的斜 度恒定的同時，通過使對應(yīng)于復(fù)位電平Srst的AD轉(zhuǎn)換期間短于對應(yīng)于信號電平Ssig的AD 轉(zhuǎn)換期間，以此來縮短總的AD轉(zhuǎn)換期間。然而，在這種情況下，P相位處理時的AD轉(zhuǎn)換范圍變得比D相位處理時的AD轉(zhuǎn)換 范圍窄，因而，復(fù)位電平Srst偏離AD轉(zhuǎn)換范圍。這樣，存在難以進行“AD轉(zhuǎn)換+OTS處理” 的情況。參照圖4B對產(chǎn)生該現(xiàn)象的情況加以說明。圖4B示出了通過改變基準信號SLP_ADC的斜度來進行AD轉(zhuǎn)換增益調(diào)整的情況。 作為具體示例，示出了增益為1倍和2倍的情況。在通過改變基準信號SLP_ADC的斜度來 進行AD轉(zhuǎn)換增益調(diào)整的情況下，可從圖4A中的說明推測出，當增益為1倍增益的k倍時， 斜度被設(shè)定為Ι/k。即，當進行AD轉(zhuǎn)換增益調(diào)整時，通過使P相位計數(shù)期間Trm或D相位計 數(shù)期間Tsm中的基準信號SLP_ADC的振幅變窄來減小斜度，從而增加AD轉(zhuǎn)換部250中的分 辨率。例如，當增益增加為2倍、4倍和8倍時，基準信號SLP_ADC的振幅變成1/2、1/4和 1/8。因而，當對同一像素信號電壓Vx的復(fù)位電平Srst或信號電平Ssig進行AD轉(zhuǎn)換時， 作為AD轉(zhuǎn)換結(jié)果的計數(shù)值變成2倍、4倍和8倍。
另一方面，如果AD轉(zhuǎn)換增益增加過多，則基準信號SLP_ADC的動態(tài)范圍(所謂的 AD轉(zhuǎn)換范圍)變窄。特別地，P相位處理時的基準信號SLP_ADC_P的范圍窄于D相位處理 時基準信號SLP_ADC_D的范圍。因此，隨著AD轉(zhuǎn)換增益的增加，P相位處理時的范圍變窄。 例如，當增益為8倍以上時，P相位處理時的范圍變?yōu)閹缀练?幾十毫伏。此外，在AD轉(zhuǎn)換 增益下降的情況下，基準信號SLP_ADC的斜度變大。因此，由于P相位范圍Range_P增加， 故不存在問題。例如，如果假設(shè)在P相位中為7位，在D相位中為10位且ILSB = lmV，則當增益 為1倍時，在P相位中獲得128mV，在D相位中獲得1024mV，并且當增益為8倍時，在P相位 中獲得16mV，在D相位中獲得128mV。此外，假設(shè)像素的飽和信號量為20000e_，轉(zhuǎn)換效率為 50uV/e_，則垂直信號線電平變成1000mV。為了進行該AD轉(zhuǎn)換，在D相位中需要1000mV。這 里，在P相位中為7位且在D相位中為10位的情況下，當增益為8倍時，P相位=約16mV， 當增益為16倍時，P相位=約8mV。因此，對于較高增益的情況，像素的隨機噪聲的影響變得相對較大。即使使比較部 252具有自動歸零功能，復(fù)位電平Srst也可能在基準信號SLP_ADC的范圍之外。 此外，如圖2B中的⑵所示，在比較部252中的自動歸零功能中，由于自動歸零功 能解除時的饋通(feedthrough)或者電荷注入的變化，像素信號電壓Vx的復(fù)位電平Srst 在解除后改變。如果基準信號SLP_ADC的范圍較大，則不會出現(xiàn)問題。然而，由于在較高增 益時基準信號SLP_ADC的范圍變窄，因此也可能偏離該范圍。作為解決該問題的方法，可以 考慮根據(jù)變化方向來設(shè)定基準信號SLP_ADC的初始值。但如圖2B中的(2)所示，變化方向 實際上不恒定。因此，難以采用該方法。這樣，當出現(xiàn)這些現(xiàn)象時，將帶來如下的問題，即，P相位處理時的復(fù)位電平Srst 不在基準信號SLP_ADC的范圍(P相位范圍Range_P)內(nèi)，因而難以進行CDS處理。在本實施例中，利用基準信號比較型AD轉(zhuǎn)換的特性，通過將P相位處理期間設(shè)定 為短于D相位處理期間從而使總的AD轉(zhuǎn)換期間變短，采用了用于解決了與P相位處理期間 的基準信號范圍變窄有關(guān)的問題的結(jié)構(gòu)?；舅枷朐谟?，至少在增加增益時，P相位處理時 的基準信號SLP_ADC_P的范圍被設(shè)定成大于本領(lǐng)域的范圍。第一實施例圖5是示出了第一實施例的圖(表示操作的時序圖)。此處，示出了增益為1倍和 2倍的情況。在第一實施例中，不管增益設(shè)定值，基準信號SLP_ADC的斜度在P相位和D相位 中始終被獨立地設(shè)定。特別地，P相位處理時的基準信號SLP_ADC的斜度被設(shè)定為大于D 相位處理時的基準信號SLP_ADC的斜度。進行增益調(diào)整時，D相位處理時的基準信號SLP_ ADC_D的斜度Δ SLP_D根據(jù)增益的設(shè)定而變化，P相位處理時的基準信號SLP_ADC_P的斜度 ASLP_P也根據(jù)增益的設(shè)定而變化。對于任一增益，斜度終被設(shè)定為大于斜度 ASLP_D0計數(shù)數(shù)被設(shè)定為χ ( > 1)，并始終滿足Δ SLP_P = χ · Δ SLP_D,而與增益設(shè)定無關(guān)。 當不采用第一實施例時，對于任何增益都滿足ASLP_P = ASLP_D，P相位范圍Range_P0 = Δ SLP_P ·0ι·πι。另一方面，當采用第一實施例時，對于任何增益都滿足P相位范圍Range_Pl =χ · Δ SLP_P · Drm > P相位范圍Range_P0。此夕卜，即使在與不采用本實施例情況時相同的P相位計數(shù)期間Trm內(nèi)，各增益中的P相位范圍Range_P切實地大于不采用本實施例的情況。由于即使在通過改變基準信號SLP_ADC的斜度來增加增益的情況下也始終滿足該關(guān) 系，因此能夠減少當增益增加時發(fā)生與復(fù)位電平Srst的范圍偏離有關(guān)的問題的可能性。優(yōu)選地，在P相位處理時使AD時鐘CKcnt增加為χ倍，因而能夠補償由P相位范 圍Range_P擴大為χ倍導(dǎo)致的AD轉(zhuǎn)換增益減小到l/χ倍的下降。原因在于可以利用計數(shù) 部254進行⑶S處理。如果在P相位處理時AD時鐘CKcnt不增加為χ倍就進行AD轉(zhuǎn)換， 則將難以在計數(shù)部254內(nèi)同時進行⑶S處理。因此，需要將P相位處理結(jié)果和D相位處理 結(jié)果傳輸?shù)皆O(shè)置在后級的處理部，并在該后級處理部中進行⑶S處理和k倍的增益校正。在這種情況下，在P相位處理時，頻率是D相位處理時的AD時鐘CKcntl和DAC時 鐘CKdacl的頻率的χ倍的AD時鐘CKcntx和DAC時鐘CKdacx，被分別供給到計數(shù)部254和 DA轉(zhuǎn)換部270。因此，在P相位處理時，以χ倍于D相位處理時的頻率進行操作，而不管AD 轉(zhuǎn)換增益。因而，存在對取決于布局方法的時鐘高頻噪聲影響的擔憂。然而，由于P相位范 圍Range_P大于現(xiàn)有技術(shù)中的情況，因此噪聲對基準信號SLP_ADC_P的影響可以被減小，而 與布局方法無關(guān)。也就是說，盡管P相位處理時AD時鐘CKcnt的頻率增加，但即使在相同的P相位 計數(shù)期間Trm內(nèi)，基準信號SLP_ADC_P的振幅(P相位范圍Range_Pl)也大于不采用第一實 施例的情況。在相同的P相位計數(shù)期間Trm內(nèi)，還可以減少發(fā)生與復(fù)位電平Srst偏離P相 位范圍Range_P有關(guān)的問題的可能性。計數(shù)部254和DA轉(zhuǎn)換部270的驅(qū)動頻率僅在P相位處理時增加。因此，與頻率在 P相位和D相位時都增加且被使用的情況相比，D相位處理時的計數(shù)部254瞬時消耗電流較 小。這樣，噪聲影響小于不采用第一實施例的情況。由于與后面敘述的第二實施例不同，不 需要伴隨增益的邏輯功能，因而還具有無需內(nèi)部控制電路的優(yōu)點。第二實施例圖6A和圖6B是示出了第二實施例的圖。圖6A是示出了第二實施例中的操作的 時序圖。圖6B是示出了用于實現(xiàn)第二實施例的時鐘供給方法的圖。在圖6A和圖6B中表 示的是增益為1倍和2倍的情況。在第二實施例中，通常增益(增益設(shè)定值=1)時采用與本領(lǐng)域中相同的設(shè)定。僅 當增益設(shè)定值k被設(shè)定為超過1的值時(增益增加時)，獨立地設(shè)定P相位和D相位中的基 準信號SLP_ADC的斜度，以滿足ASLP_P = k · ASLP_D。這是基于僅當增益增加時采用第 一實施例中的方法的思想。優(yōu)選地，在P相位處理時，不管增益設(shè)定值，基準信號SLP_ADC的斜度Δ SLP_P固 定為Δ SLP_0,并維持P相位范圍Range_P2 = Δ SLP_0 · Drm。如果不采用第二實施例，則 對應(yīng)于增益設(shè)定值k，基準信號SLP_ADC的斜度設(shè)定為ASLP_0/k。然而，由于 未進行該設(shè)定，因此增益增加時的P相位范圍Range_P2被擴大為k倍。這樣，能夠降低發(fā) 生與復(fù)位電平Srst的范圍偏離有關(guān)的問題的可能性。另一方面，在D相位中，對應(yīng)于增益 設(shè)定值k，基準信號SLP_ADC的斜度Δ SLP_D被設(shè)定為Δ SLP_0/k。優(yōu)選地，將AD時鐘CKcnt增加為k倍，從而可以對由于增益增加時P相位范圍 Range_P2增加為k倍而AD轉(zhuǎn)換增益減少為Ι/k的下降進行補償。原因在于可以在計數(shù)部 254中進行CDS處理。如果AD時鐘CKcnt未被增加為k倍就進行AD轉(zhuǎn)換，則很難在計數(shù)部254中同時地進行⑶S處理。因而，需要將P相位處理結(jié)果和D相位處理結(jié)果傳輸?shù)皆O(shè) 置在后級的數(shù)字運算部，并在該后級的數(shù)字運算部中進行CDS處理和k倍的增益校正。例如，為了使D相位處理時增益成為兩倍而不改變AD時鐘CKcnt的頻率，通過改 變DA轉(zhuǎn)換部270的基準電流值或電壓轉(zhuǎn)換電阻而將每時鐘的電壓改變Δ SLP設(shè)定為1/2， 由此將基準信號SLP_ADC_D的斜度設(shè)定為1/2。在P相位處理時，為了以D相位處理時的基準電流值或電壓轉(zhuǎn)換電阻，在與1倍增 益時相同的P相位計數(shù)期間Trm內(nèi)維持與1倍增益時相同的P相位范圍Range_P，用于DA 轉(zhuǎn)換部270的DAC 時鐘CKdac的頻率被增加為2倍。S卩，從DAC時鐘CKdacl改變到DAC時 鐘CKdac2。盡管DAC時鐘CKdac的每個時鐘的電壓改變Δ SLP在P相位和D相位中相同， 但由于P相位處理時的DAC時鐘CKdac的頻率成為兩倍，因而每單位時間的斜度變成D相 位處理時的斜度的兩倍。因此，P相位范圍Range_P成為2倍增益時的已知示例的兩倍。在該情況下，由于P相位處理時的AD轉(zhuǎn)換增益變成D相位處理時(增益加倍)的 1/2 (增益加倍)，因此將用于計數(shù)部254的AD時鐘CKcnt的頻率增加為2倍。S卩，從AD時 鐘CKcntl改變到AD時鐘CKcnt2。由于這個原因，與D相位處理類似，P相位處理時的AD 轉(zhuǎn)換增益也增加為2倍。這樣，在P相位處理和D相位處理中，當增益為1倍時和增益為2倍時，AD時鐘 CKcnt和DAC時鐘CKdac都具有相同的頻率。盡管該示例是AD轉(zhuǎn)換增益為2倍的示例，但當AD轉(zhuǎn)換增益增加為4倍和8倍時， 也優(yōu)選根據(jù)增益設(shè)定來進行處理。這樣，雖然D相位處理時基準信號SLP_ADC_D的斜度 Δ SLP_D根據(jù)增益設(shè)定改變，但P相位處理時基準信號SLP_ADC_P的斜度Δ SLP_P維持恒定 而與增益設(shè)定無關(guān)。此外，盡管增益為2倍時的P相位范圍Range_P2兩倍于已知示例，但這僅是一個 示例，并且優(yōu)選大于本領(lǐng)域中的范圍。例如，當增益為2倍時，可以使P相位范圍Range_P 增加為現(xiàn)有技術(shù)中的范圍的3倍或4倍。即，要點在于，當增益增加時，P相位處理時每單 位時間內(nèi)的基準信號SLP_ADC_P的斜度Δ SLP_P優(yōu)選被設(shè)定為大于D相位處理時每單位時 間內(nèi)的基準信號SLP_ADC_D的斜度ASLP_D。因此，不管增益設(shè)定值，可以僅將P相位范圍Range_P增加為現(xiàn)有技術(shù)示例的k 倍，而不改變從像素信號電壓Vx的讀取至進行AD轉(zhuǎn)換的期間。結(jié)果，AD轉(zhuǎn)換增益可以被 設(shè)定為更高的增益。在增益為k倍時的P相位處理中，AD時鐘CKcntk和DAC時鐘CKdack被供給到計 數(shù)部254和DA轉(zhuǎn)換部270。在增益為k倍時的P相位處理中，由于在增益為k倍的條件下 進行操作，因而存在對取決于布局方法的時鐘高頻噪聲影響的擔憂。但在第二實施例中，由 于在P相位處理中，計數(shù)部254和DA轉(zhuǎn)換部270的驅(qū)動頻率隨AD轉(zhuǎn)換增益改變，因此噪聲 影響被限制到最小而與布局方法無關(guān)。由于計數(shù)部254和DA轉(zhuǎn)換部270的驅(qū)動頻率僅在增益增加時的P相位處理中增 力口，因此噪聲影響比第一實施例時減少的更多。盡管增益增加時P相位處理中的AD時鐘 CKcnt的頻率增加，但與第一實施例類似，具有能夠擴大P相位范圍Range_P而不改變P相 位計數(shù)期間Trm的優(yōu)點。圖6B示出了第二實施例中的AD時鐘CKcnt和DAC時鐘CKdac的供給方法。在圖6A中，在P相位處理和D相位處理中，當增益為1倍和2倍時，AD時鐘CKcnt和DAC時鐘 CKdac都具有相同的頻率。需要注意的是，在該結(jié)構(gòu)示例中，時鐘轉(zhuǎn)換部20a具有用于供給 作為AD時鐘CKcnt和DAC時鐘CKdac的源的時鐘的相位同步部502 (PLL)、分頻部504和選 擇器506。AD轉(zhuǎn)換增益設(shè)定信息從系統(tǒng)控制部20b被通知到相位同步部502和分頻部504。 AD轉(zhuǎn)換增益設(shè)定信息和用于區(qū)分P相位處理與D相位處理的P-D相位改變脈沖從系統(tǒng)控制 部20b被供給到選擇器506。
相位同步部502生成具有與AD轉(zhuǎn)換增益設(shè)定信息對應(yīng)的頻率的時鐘CLK，并將該 時鐘CLK供給到分頻部504的一個輸入端和選擇器506的一個輸入端。例如，當AD轉(zhuǎn)換增 益為1倍時，相位同步部502生成具有通常頻率的時鐘CLK1，當AD轉(zhuǎn)換增益為k倍時，生成 頻率是通常情況時頻率的k倍的時鐘CLKk (當AD轉(zhuǎn)換增益為2倍時是時鐘CLK2)。分頻部 504根據(jù)AD轉(zhuǎn)換增益設(shè)定信息將時鐘CLK分頻為Ι/k，并將分頻后的時鐘供給到選擇器506 的另一輸入端。選擇器506根據(jù)AD轉(zhuǎn)換增益設(shè)定信息和P-D相位改變脈沖選擇兩個輸入 端的時鐘中的一個時鐘，并將選定的時鐘作為AD時鐘CKcnt或DAC時鐘CKdac輸出。例如，當AD轉(zhuǎn)換增益為1倍時，在P相位和D相位中，相位同步部502生成具有通 常頻率的時鐘CLK1，選擇器506選擇該時鐘CLK1，并且該時鐘CLKl被用作AD時鐘CKcntl 或DAC時鐘CKdacl。此外，在這種情況下，選擇器506可以選擇任一輸入端的時鐘CLK。另一方面，當AD轉(zhuǎn)換增益為k倍時，相位同步部502生成頻率為通常情況時的頻 率的k倍的時鐘CLKk。在P相位處理時，通過選擇器506選擇時鐘CLKk，并將該時鐘CLKk 用作AD時鐘CKcntk或DAC時鐘CKdack。在D相位處理時，通過選擇器506選擇被分頻部 504分頻的時鐘CLKl，并將該時鐘CLKl用作AD時鐘CKcntl或DAC時鐘CKdacl。在該結(jié)構(gòu)示例中，計數(shù)部254和DA轉(zhuǎn)換部270僅在增益為k ( > 1)倍的P相位處 理時以k倍驅(qū)動頻率操作。由于與現(xiàn)有方法相比增加了分頻部504和選擇器506，因此能夠 在對電路尺寸只有很小影響的情況下實現(xiàn)該結(jié)構(gòu)。第三實施例圖7是示出了第三實施例的圖(表示操作的時序圖)。此處，示出了增益為1倍和 2倍的情況。在第三實施例中，不管增益設(shè)定，基準信號SLP_ADC的斜度在P相位和D相位中被 設(shè)定為相同(ASLP_P= ASLP_D)。此外，P相位處理期間(P相位計數(shù)期間Trm)隨AD轉(zhuǎn) 換增益的設(shè)定值改變。例如，當增益增加為k倍時，P相位和D相位中的基準信號SLP_ADC的斜度被設(shè) 定為相同(Δ SLP_P/k = Δ SLP_D/k)，并且，P相位計數(shù)期間Trm增加為k倍。如果不采用 第三實施例，則P相位計數(shù)期間Trm恒定，而與增益設(shè)定值k無關(guān)。這樣，由于P相位范圍 Range_P0變?yōu)棣?k倍，因此對應(yīng)于增益設(shè)定值k，P相位范圍Range_P0變窄。另一方面，如果采用第三實施例，則斜度變成Δ SLP_P/k,但P相位計數(shù)期間Trm增 加為k倍。因此，P相位范圍Range_P3維持恒定。由于當增益增加時P相位范圍Range_P3 增加為k倍，因此，可以減少當增益增加時發(fā)生與復(fù)位電平Srst的范圍偏離有關(guān)的問題的 可能性。也可以為如下的方法，S卩，當AD轉(zhuǎn)換時間充裕時，不改變P相位處理時計數(shù)部 254 (優(yōu)選包括DA轉(zhuǎn)換部270)的驅(qū)動頻率，而是通過隨AD轉(zhuǎn)換增益的設(shè)定延長P相位計數(shù)期間Trm來擴大P相位范圍Range_P。就隨AD轉(zhuǎn)換增益的設(shè)定改變P相位范圍Range_P 這一點而言，與第二實施例類似，但用于實現(xiàn)上述操作的結(jié)構(gòu)不同。在第三實施例中，當增益增加時，P相位計數(shù)期間Trm變得比第一和第二實施例 (也比現(xiàn)有技術(shù))中的P相位計數(shù)期間Trm長。但與第一和第二實施例不同，第三實施例具 有可以擴大P相位范圍Range_P而不改變AD時鐘CKcnt的頻率的優(yōu)點。第一 第三實施例與其他變形例之間的比較作為其它方法，可以考慮在P相位和D相位中，當增益增加時使基準信號范圍維 持與通常增益時相同而不改變基準信號SLP_ADC的斜度，同時，增加AD時鐘CKcnt的頻率。 但是，在該方法中，列AD轉(zhuǎn)換部26的各計數(shù)部254在P相位和D相位中均以高于通常情況 的速度操作。結(jié)果，導(dǎo)致電能損耗增加或噪聲增加等問題。在使用上述第一 第三實施例 說明的結(jié)構(gòu)的方法中，計數(shù)部254的驅(qū)動頻率僅在P相位處理時增加。因此，與頻率在P相 位和D相位中都增加且被使用的情況相比，在D相位中計數(shù)部的瞬時電流消耗較小，并且噪 聲的影響也較小。攝像裝置第四實施例圖8是示出了第四實施例的圖。在第四實施例中，在上述各實施例的固體攝像器 件1中采用的用于AD轉(zhuǎn)換處理的結(jié)構(gòu)被用于作為物理信息獲取裝置的一個示例的攝像裝 置。圖8是示出了攝像裝置8的示意性結(jié)構(gòu)的圖。攝像裝置8的主要部件如下所述(將不 敘述其它部件)。攝像裝置8包括攝像透鏡802、低通光學(xué)濾波器804、濾色器組812、像素陣列部 10、驅(qū)動控制部7、列AD轉(zhuǎn)換部26、基準信號生成部27以及照相機信號處理部810。如圖8 中的虛線所示，攝像裝置8也可以設(shè)置有與低通光學(xué)濾波器804組合的用于減少紅外光分 量的紅外光截止濾光器805。設(shè)置在列AD轉(zhuǎn)換部26后面的照相機信號處理部810包括攝 像信號處理部820和照相機控制部900，該照相機控制部900起控制整個攝像裝置8的主控 制部的作用。攝像信號處理部820包括信號分離部822、顏色信號處理部830、亮度信號處 理部840和編碼部860。本實施例的照相機控制部900包括微處理器902、作為讀取專用的存儲部的只讀 存儲器(Read Only Memory，ROM) 904、隨機存取存儲器(Random Access Memory，RAM) 906禾口 附圖中未示出的其他周邊構(gòu)件。微處理器902是計算機的中樞，該微處理器902的代表性示 例是通過計算機進行的操作和控制功能被集成在微型集成電路中的中央處理器(Central Processing Unit, CPU)。RAM 906是當必要時可寫入和讀取的易失性存儲部的一個示例。 微處理器902、ROM 904和RAM 906統(tǒng)稱為微型計算機。照相機控制部900控制整個系統(tǒng)。關(guān)于本實施例中的兩個AD轉(zhuǎn)換處理，照相機控 制部900具有調(diào)整計數(shù)時鐘CKcntl和CKdacl的頻率以及基準信號SLP_ADC的斜度的功能。 例如，照相機控制部900的控制程序被存儲在ROM 904中。特別在本實施例中，存儲有用于 利用照相機控制部900來控制通過基準信號的斜度改變來進行增益的改變的基準信號比 較型AD轉(zhuǎn)換處理的程序。照相機控制部900進行各種處理時所必須的數(shù)據(jù)等被存儲在RAM 906 中。照相機控 制部900被構(gòu)造為使得例如存儲卡等記錄介質(zhì)924可以插入到該照相機 控制部900中或可以從該照相機控制部900上拆卸下來，并且該照相機控制部900也可以被構(gòu)造為能夠與例如因特網(wǎng)(Internet)等通信網(wǎng)絡(luò)連接。例如，照相機控制部900除包括 微處理器902、ROM 904和RAM 906之外，還包括存儲器讀取部907及通信I/F (接口)908。 例如，記錄介質(zhì)924用于記錄使微處理器902執(zhí)行軟件處理的程序數(shù)據(jù)，或者記錄 基于來自亮度信號處理部840的亮度信號的測光數(shù)據(jù)DL的收斂范圍或曝光控制處理(包 含電子快門控制)等。特別在本實施例中，記錄介質(zhì)924還用于記錄例如用于通過改變基 準信號的斜度來改變增益的各種控制信息的設(shè)定值等各種數(shù)據(jù)。存儲器讀取部907將從記 錄介質(zhì)924讀取的數(shù)據(jù)存儲(安裝)到RAM 906內(nèi)。通信I/F 908進行例如因特網(wǎng)等通信 網(wǎng)絡(luò)與照相機控制部900之間的通信數(shù)據(jù)的傳輸和接收。攝像裝置8被表示為驅(qū)動控制部7和列AD轉(zhuǎn)換部26與像素陣列部10分開形成 的模塊形式。然而，攝像裝置8也可以使用單芯片形式的固體攝像器件1，即，驅(qū)動控制部7 和列AD轉(zhuǎn)換部26與像素陣列部10—體形成在同一半導(dǎo)體基板上。在附圖中，在如下的條 件下示出了攝像裝置8，即，除了包括像素陣列部10、驅(qū)動控制部7、列AD轉(zhuǎn)換部26、基準信 號生成部27和照相機信號處理部810之外，還包括諸如攝像透鏡802、低通光學(xué)濾波器804 和紅外光截止濾光器805等光學(xué)系統(tǒng)。該方式適用于采用具有攝像功能且上述部件被總體 封裝的模塊形式的情況。例如，該攝像裝置8被作為具有用于進行“攝像”的例如照相機或 具有攝像功能的便攜設(shè)備提供。此外，“攝像”不僅包括通常意義上的照相機攝影時的圖像 采集，還具有例如指紋檢測等更廣泛的應(yīng)用。在具有上述結(jié)構(gòu)的攝像裝置8中，也可以通過采用使P相位范圍Range_P擴大的 上述實施例的結(jié)構(gòu)來解決復(fù)位電平Srst偏離P相位范圍Range_P的問題。在這種情況下， 對于與AD轉(zhuǎn)換增益的設(shè)定、AD時鐘CKcnt頻率的設(shè)定或基準信號SLP_ADC斜度的設(shè)定有 關(guān)的控制，外部的主控制部(照相機控制部900)通過用于通信時序控制部20的數(shù)據(jù)設(shè)定 來指定用于控制的指示信息。本發(fā)明的技術(shù)范圍不限于上述實施例中所記載的范圍，在不脫離發(fā)明的主旨和范 圍的情況下，可以進行各種改變和改進，并且通過增加這些改變和改進而獲得的實施例也 包含在本發(fā)明的技術(shù)范圍內(nèi)。上述實施例不限定根據(jù)所附權(quán)利要求書限定的發(fā)明，并且實 施例中說明的技術(shù)特征的各種組合對于本發(fā)明的解決手段并不是必需的。各種階段的發(fā)明 被包含在各實施例中，并且可以通過多個公開的部件的適當組合來提取各種發(fā)明。即使從 實施例中所示的全部部件中刪除部分部件，只要能夠取得本發(fā)明的技術(shù)效果，則部分部件 被刪除了的結(jié)構(gòu)也可以被提取為發(fā)明。在第一和第二實施例中，當以與本領(lǐng)域相同的方式維持P相位計數(shù)期間Trm，并至 少在增益增加時設(shè)定Δ SLP_P > Δ SLP_D時，Δ SLP被設(shè)定為在P相位和D相位中相同，并 且，P相位中的DAC時鐘CKdac的頻率被設(shè)定成隨增益而增加。但這僅為一個示例。由于 滿足Δ SLP = I_0xR_340,因此DAC時鐘CKdac的頻率可以被設(shè)定為在P相位和D相位中 相同，并且，通過改變限定電流1_0或電阻R_340，P相位中的Δ SLP可被設(shè)定為隨增益而增 加。此外，也可以采用第一和第二實施例與第三實施例的結(jié)構(gòu)的組合，在第一和第 二實施例中，在以與本領(lǐng)域相同的方式維持P相位計數(shù)期間Trm的同時設(shè)定Δ SLP_P > Δ SLP_D,并且在第三實施例中，在維持Δ SLP_P = Δ SLP_D的同時P相位計數(shù)期間Trm隨增 益改變。此外如果增益等于或小于1可以考慮采用第二實施例，從而設(shè)定ASLP_P= ASLP_D，如果增益大于1可以考慮采用第一實施例，從而設(shè)定ASLP_P> ASLP_D。關(guān)于裝置的結(jié) 構(gòu)，也可以采用將基準信號生成部27設(shè)置在固體攝像器件1外部的結(jié)構(gòu)。在第一 第四實施例中，已經(jīng)說明了用于解決采用基準信號比較型AD轉(zhuǎn)換處理 的固體攝像器件1或攝像裝置8中的P相位范圍Range_P的問題的示例。但適用范圍不限 于固體攝像器件等。也可以應(yīng)用到采用基準信號比較型AD轉(zhuǎn)換處理的一般電子裝置。該 應(yīng)用可被配置成獲取與作為相對較低的電平的電壓電平與作為相對較高的電平的電壓電 平之間的差對應(yīng)的數(shù)字數(shù)據(jù)。此處，“作為相對較低的電平的電壓電平”是基準側(cè)，“作為相對較高的電平的電壓 電平”是包含待獲取的差的分量的一側(cè)。當通過采用基準信號比較型AD轉(zhuǎn)換處理將兩個模 擬信號的電平之間的差轉(zhuǎn)換成數(shù)字數(shù)據(jù)時，如果出現(xiàn)如下的問題，即，由于噪聲的影響或比 較部252中的自動歸零功能而導(dǎo)致基準側(cè)的電壓電平偏離基準信號SLP_ADC的轉(zhuǎn)換范圍， 則可采用上述實施例的結(jié)構(gòu)作為解決該問題的手段。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解，取決于設(shè)計要求和其他因素可以產(chǎn)生各種修改、組合、子組合及變更，只要它們落入所附權(quán)利要求及其等同物的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種電子裝置，所述電子裝置包括AD轉(zhuǎn)換部，它具有比較部和計數(shù)部，所述比較部從生成電平逐漸變化的基準信號的基準信號生成部接收所述基準信號，并對所述基準信號與待處理的模擬信號進行比較，所述計數(shù)部接收用于AD轉(zhuǎn)換的計數(shù)時鐘并基于所述比較部的比較結(jié)果進行計數(shù)操作，并且所述AD轉(zhuǎn)換部基于所述計數(shù)部的輸出數(shù)據(jù)獲取所述待處理的信號的數(shù)字數(shù)據(jù)；計數(shù)操作期間控制部，它基于所述比較部的比較結(jié)果控制各處理期間內(nèi)的所述計數(shù)部的操作期間；以及驅(qū)動控制部，它控制所述基準信號生成部和所述AD轉(zhuǎn)換部，其中，所述驅(qū)動控制部控制所述基準信號生成部，使得用于差分處理的基準側(cè)的處理期間內(nèi)的每單位時間的所述基準信號的斜度，大于包含在所述差分處理中獲得的差的一側(cè)的處理期間內(nèi)的每單位時間的所述基準信號的斜度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子裝置，其中，所述驅(qū)動控制部控制所述AD轉(zhuǎn)換部，使得包含所述差的一側(cè)的處理期間內(nèi)的用于AD 轉(zhuǎn)換的計數(shù)時鐘的頻率恒定而不管AD轉(zhuǎn)換增益的設(shè)定值，并且所述驅(qū)動控制部控制所述 基準信號生成部，使得所述基準側(cè)的所述基準信號的斜度和包含所述差的一側(cè)的所述基準 信號的斜度根據(jù)AD轉(zhuǎn)換增益的設(shè)定值變化，并使所述基準側(cè)的所述基準信號的斜度大于 包含所述差的一側(cè)的所述基準信號的斜度而不管AD轉(zhuǎn)換增益的設(shè)定值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子裝置，其中，所述驅(qū)動控制部控制所述AD轉(zhuǎn)換部，使得包含所述差的一側(cè)的處理期間內(nèi)的用于AD 轉(zhuǎn)換的計數(shù)時鐘的頻率恒定而不管AD轉(zhuǎn)換增益的設(shè)定值；所述驅(qū)動控制部控制所述基準 信號生成部，以便通過改變所述基準信號的斜度來改變AD轉(zhuǎn)換增益；所述驅(qū)動控制部控制 所述基準信號生成部，以便當AD轉(zhuǎn)換增益為1倍時，使所述基準側(cè)的所述基準信號的斜度 與包含所述差的一側(cè)的所述基準信號的斜度相同；并且所述驅(qū)動控制部控制所述基準信號 生成部，以便當AD轉(zhuǎn)換增益大于1倍時，所述基準側(cè)的所述基準信號的斜度大于包含所述 差的一側(cè)的所述基準信號的斜度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子裝置，其中，所述驅(qū)動控制部控制所述AD轉(zhuǎn)換部，使得包含所述差的一側(cè)的處理期間內(nèi)的用于AD 轉(zhuǎn)換的計數(shù)時鐘的頻率恒定而不管AD轉(zhuǎn)換增益的設(shè)定值，并且所述驅(qū)動控制部控制所述 基準信號生成部，使得包含所述差的一側(cè)的所述基準信號的斜度根據(jù)AD轉(zhuǎn)換增益的設(shè)定 值變化，并使所述基準側(cè)的所述基準信號的斜度維持固定值而不管AD轉(zhuǎn)換增益的設(shè)定值。
5.根據(jù)權(quán)利要求2 4任一項所述的電子裝置，其中，所述驅(qū)動控制部控制所述AD轉(zhuǎn)換部，使得所述基準側(cè)的處理期間內(nèi)的用于AD轉(zhuǎn)換的 計數(shù)時鐘具有與AD轉(zhuǎn)換增益的設(shè)定值對應(yīng)的頻率。
6.一種電子裝置，所述電子裝置包括AD轉(zhuǎn)換部，它具有比較部和計數(shù)部，所述比較部從生成電平逐漸變化的基準信號的基 準信號生成部接收所述基準信號，并對所述基準信號與待處理的模擬信號進行比較，所述 計數(shù)部接收用于AD轉(zhuǎn)換的計數(shù)時鐘并基于所述比較部的比較結(jié)果進行計數(shù)操作，并且所 述AD轉(zhuǎn)換部基于所述計數(shù)部的輸出數(shù)據(jù)獲取所述待處理的信號的數(shù)字數(shù)據(jù)；計數(shù)操作期間控制部，它基于所述比較部的比較結(jié)果控制各處理期間內(nèi)的所述計數(shù)部的操作期間；以及驅(qū)動控制部，它控制所述基準信號生成部和所述AD轉(zhuǎn)換部，其中，所述驅(qū)動控制部控制所述AD轉(zhuǎn)換部，使得用于差分處理的基準側(cè)的處理期間根 據(jù)AD轉(zhuǎn)換增益的設(shè)定值改變，并使所述基準側(cè)的處理期間和包含在所述差分處理中獲得 的差的一側(cè)的處理期間內(nèi)的用于AD轉(zhuǎn)換的計數(shù)時鐘的頻率恒定而不管AD轉(zhuǎn)換增益的設(shè)定 值，并且所述驅(qū)動控制部控制所述基準信號生成部，使得所述基準側(cè)的處理期間內(nèi)的每單 位時間的所述基準信號的斜度與包含所述差的一側(cè)的處理期間內(nèi)的每單位時間的所述基 準信號的斜度相同而不管AD轉(zhuǎn)換增益的設(shè)定值。
7.根據(jù)權(quán)利要求1 6中任一項所述的電子裝置，所述電子裝置還包括單位像素以矩 陣形式排列的像素陣列部，各個單位像素具有電荷生成部和晶體管，所述晶體管輸出包括 與在所述電荷生成部中生成的電荷對應(yīng)的復(fù)位電平和信號電平的待處理信號。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電子裝置，所述電子裝置還包括主控制部，所述主控制部控 制所述驅(qū)動控制部。
9.一種AD轉(zhuǎn)換裝置，所述AD轉(zhuǎn)換裝置包括基準信號生成部，它生成電平逐漸變化的基準信號；比較部，它對待處理的模擬信號與從所述基準信號生成部輸出的所述基準信號進行比較；計數(shù)部，它接收用于AD轉(zhuǎn)換的計數(shù)時鐘，并基于所述比較部的比較結(jié)果進行計數(shù)操作；計數(shù)操作期間控制部，它基于所述比較部的比較結(jié)果控制各處理期間內(nèi)的所述計數(shù)部 的操作期間；以及控制部，它控制所述基準信號生成部和所述計數(shù)部，其中，所述控制部控制所述基準信號生成部，使得用于差分處理的基準側(cè)的處理期間 內(nèi)的每單位時間的所述基準信號的斜度，大于包含在所述差分處理中獲得的差的一側(cè)的處 理期間內(nèi)的每單位時間的所述基準信號的斜度。
10.一種AD轉(zhuǎn)換裝置，所述AD轉(zhuǎn)換裝置包括基準信號生成部，它生成電平逐漸變化的基準信號；比較部，它對待處理的模擬信號與從所述基準信號生成部輸出的所述基準信號進行比較；計數(shù)部，它接收用于AD轉(zhuǎn)換的計數(shù)時鐘，并基于所述比較部的比較結(jié)果進行計數(shù)操作；計數(shù)操作期間控制部，它基于所述比較部的比較結(jié)果控制各處理期間內(nèi)的所述計數(shù)部 的操作期間；以及控制部，它控制所述基準信號生成部和所述計數(shù)部，其中，所述控制部控制所述計數(shù)部，使得用于差分處理的基準側(cè)的處理期間根據(jù)AD轉(zhuǎn) 換增益的設(shè)定值改變，并使所述基準側(cè)的處理期間和包含在所述差分處理中獲得的差的一 側(cè)的處理期間內(nèi)的用于AD轉(zhuǎn)換的計數(shù)時鐘的頻率恒定而不管AD轉(zhuǎn)換增益的設(shè)定值，并且 所述控制部控制所述基準信號生成部，使得所述基準側(cè)的處理期間內(nèi)的每單位時間的所述 基準信號的斜度與包含所述差的一側(cè)的處理期間內(nèi)的每單位時間的所述基準信號的斜度相同而不管AD轉(zhuǎn)換增益的設(shè)定值。
11.一種AD轉(zhuǎn)換方法，所述方法包括以下步驟使用比較部對電平逐漸變化的基準信號與待處理的模擬信號進行比較；使用計數(shù)部接收用于AD轉(zhuǎn)換的計數(shù)時鐘，并基于所述比較部的比較結(jié)果進行計數(shù)操 作；以及基于所述計數(shù)部的輸出數(shù)據(jù)獲取所述待處理的信號的數(shù)字數(shù)據(jù)，其中，把用于差分處理的基準側(cè)的處理期間內(nèi)的每單位時間的所述基準信號的斜度設(shè) 定為大于包含在所述差分處理中獲得的所述差的一側(cè)的處理期間內(nèi)的每單位時間的所述 基準信號的斜度。
12.—種AD轉(zhuǎn)換方法，所述方法包括以下步驟使用比較部對電平逐漸變化的基準信號與待處理的模擬信號進行比較；使用計數(shù)部接收用于AD轉(zhuǎn)換的計數(shù)時鐘，并基于所述比較部的比較結(jié)果進行計數(shù)操 作；以及基于所述計數(shù)部的輸出數(shù)據(jù)獲取所述待處理的信號的數(shù)字數(shù)據(jù)，其中，根據(jù)AD轉(zhuǎn)換增益的設(shè)定值改變用于差分處理的基準側(cè)的處理期間，并且不管AD 轉(zhuǎn)換增益的設(shè)定值，使所述基準側(cè)的處理期間和包含在所述差分處理中獲得的差的一側(cè)的 處理期間內(nèi)的用于AD轉(zhuǎn)換的計數(shù)時鐘的頻率恒定，以及不管AD轉(zhuǎn)換增益的設(shè)定值，把所述基準側(cè)的處理期間內(nèi)的每單位時間的所述基準信 號的斜度設(shè)定為與包含所述差的一側(cè)的處理期間內(nèi)的每單位時間的所述基準信號的斜度 相同。
全文摘要
本發(fā)明提供電子裝置、AD轉(zhuǎn)換裝置和AD轉(zhuǎn)換方法，該電子裝置包括AD轉(zhuǎn)換部，它具有比較部和計數(shù)部，所述比較部從生成基準信號的基準信號生成部接收電平逐漸變化的所述基準信號，并對所述基準信號與待處理的模擬信號進行比較，所述計數(shù)部接收用于AD轉(zhuǎn)換的計數(shù)時鐘并基于所述比較部的比較結(jié)果進行計數(shù)操作，并且所述AD轉(zhuǎn)換部基于所述計數(shù)部的輸出數(shù)據(jù)獲取所述待處理的信號的數(shù)字數(shù)據(jù)；計數(shù)操作期間控制部，它基于所述比較部的比較結(jié)果控制各處理期間內(nèi)的所述計數(shù)部的操作期間；以及驅(qū)動控制部，它控制所述基準信號生成部和所述AD轉(zhuǎn)換部。因此，本發(fā)明能夠擴大AD轉(zhuǎn)換范圍，從而解決待處理的信號的電平偏離AD轉(zhuǎn)換范圍的問題。
文檔編號H04N5/374GK101867734SQ20101013333
公開日2010年10月20日 申請日期2010年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月3日
發(fā)明者工藤成貴 申請人:索尼公司