專利名稱：電源噪聲消除電路及固體攝像裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電源噪聲消除電路及固體攝像裝置，尤其適合用于消除重疊在CMOS 圖像傳感器的像素輸出信號上的電源噪聲的方法。
背景技術(shù)：
在CMOS圖像傳感器中，來自各個像素的信號通過垂直信號線被發(fā)送給采樣保持 信號轉(zhuǎn)換電路，通過⑶s(相關(guān)雙重采樣)來進(jìn)行信號成分的檢測。其中，把復(fù)位電平的采樣電壓設(shè)為Vc、把讀出電平的采樣電壓設(shè)為Vs，通過CDS檢 測到的信號成分能夠按照Vc-Vs的方式提供。另一方面，如果電源噪聲重疊在來自各個像素的信號上，則能夠按照下面的式(1) 提供通過CDS檢測到的信號成分。(Vc+AVc)-(Vs+AVs) = (Vc-Vs) + ( A Vc-A Vs) ......(1)其中，A Vc表示復(fù)位電平的采樣時的電源噪聲，A Vs表示讀出電平的采樣時的電
源噪聲。其中，如果電源噪聲A Vc、A Vs是彼此相同的值，則電源噪聲AVc、AVs被互相抵 消，不會出現(xiàn)因電源噪聲A Vc、A Vs造成的畫質(zhì)惡化，但是由于電源噪聲AVc、AVs是隨機(jī) 產(chǎn)生的，所以一般電源噪聲AVc、AVs的值彼此不同。另外，例如在日本特開2008-11284號公報中公開了下述方法，對反復(fù)多次對攝像 元件的復(fù)位時與曝光后的電位差進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換得到的多個數(shù)字代碼值，實(shí)施加法平均化處 理，由此實(shí)現(xiàn)噪聲的降低。但是，在日本特開2008-11284號公報公開的方法中，為了實(shí)現(xiàn)噪聲的降低，攝像 元件的復(fù)位時與曝光后的電位差被實(shí)施加法平均化處理。因此，不能提取讀出電平的采樣 時的實(shí)際信號成分，并導(dǎo)致分辨率的惡化，并且需要幾次采樣同一像素的信號，存在處理花 費(fèi)時間的問題。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個方式，提供一種電源噪聲消除電路，其特征在于，具有生成基 準(zhǔn)電壓的基準(zhǔn)電壓生成電路；電源噪聲加法電路，將重疊在電源中的電源噪聲加到所述基 準(zhǔn)電壓上；和差動放大器，將從攝像元件的各個像素讀出的讀出信號、與加上了在所述讀出 時的電源噪聲的基準(zhǔn)電壓之間的差分放大。根據(jù)本發(fā)明的一個方式，提供一種電源噪聲消除電路，其特征在于，具有生成基 準(zhǔn)電壓的基準(zhǔn)電壓生成電路；電源噪聲加法電路，將重疊在電源中的電源噪聲加到所述基準(zhǔn)電壓上；電容器，保持從攝像元件的各個像素讀出并在第1采樣時刻被采樣的第1采樣信 號、與加上了所述第1采樣時刻的電源噪聲的基準(zhǔn)電壓之間的差分；和差動放大器，將從所 述攝像元件的各個像素讀出并從在第2采樣時刻被采樣的第2采樣信號中減去保持在所述 電容器中的信號的數(shù)值、與加上了所述第2采樣時刻的電源噪聲的基準(zhǔn)電壓之間的差分放 大。根據(jù)本發(fā)明的一個方式提供一種電源噪聲消除電路，其特征在于，具有產(chǎn)生斜波 信號的斜波發(fā)生電路；電源噪聲加法電路，將重疊在電源中的電源噪聲加到所述斜波信號 上；和差動放大器，將從攝像元件的各個像素讀出的讀出信號、與加上了所述電源噪聲的斜 波信號之間的差分放大。根據(jù)本發(fā)明的一個方式提供一種固體攝像裝置，其特征在于，具有像素陣列，像 素被配置成矩陣狀；垂直信號線，沿垂直方向轉(zhuǎn)發(fā)從所述像素讀出的信號；電源線，向所述 像素提供電源；基準(zhǔn)電壓生成電路，生成基準(zhǔn)電壓并輸出給放大器基準(zhǔn)電壓線；電源噪聲 加法電路，將重疊在所述電源中的電源噪聲輸出給所述放大器基準(zhǔn)電壓線；和差動放大器， 將從所述像素陣列的各個像素讀出的讀出信號、與加上了在所述讀出時的電源噪聲的基準(zhǔn) 電壓之間的差分放大。


圖1是表示適用本發(fā)明的第1實(shí)施方式的電源噪聲消除電路的CMOS圖像傳感器 的結(jié)構(gòu)概況的框圖。圖2是表示圖1所示像素的電路結(jié)構(gòu)的一例的圖。圖3是表示在圖1所示的采樣保持信號轉(zhuǎn)換電路中適用的電源噪聲消除電路的結(jié) 構(gòu)概況的框圖。圖4是表示圖3所示的采樣保持信號轉(zhuǎn)換電路的各個部分的信號波形的時序圖。圖5是表示在本發(fā)明的第2實(shí)施方式的采樣保持信號轉(zhuǎn)換電路中適用的電源噪聲 消除電路的結(jié)構(gòu)概況的框圖。圖6是表示圖5所示的電源噪聲加法電路的電路結(jié)構(gòu)的一例的圖。圖7是表示利用寄存器實(shí)現(xiàn)的可變電容器的電容控制方法的圖。圖8是表示在本發(fā)明的第3實(shí)施方式的采樣保持信號轉(zhuǎn)換電路中適用的電源噪聲 消除電路的結(jié)構(gòu)概況的框圖。圖9是表示圖8所示的電源噪聲加法電路的電路結(jié)構(gòu)的一例的圖。圖10是表示在本發(fā)明的第4實(shí)施方式的信號轉(zhuǎn)換電路中適用的電源噪聲消除電 路的結(jié)構(gòu)概況的框圖。圖11是表示圖10所示的信號轉(zhuǎn)換電路的各個部分的信號波形的時序圖。圖12是表示在本發(fā)明的第5實(shí)施方式的信號轉(zhuǎn)換電路中適用的電源噪聲消除電 路的結(jié)構(gòu)概況的框圖。圖13是表示圖12所示的電源噪聲加法電路的電路結(jié)構(gòu)的一例的圖。圖14是表示在本發(fā)明的第6實(shí)施方式的信號轉(zhuǎn)換電路中適用的電源噪聲消除電 路的結(jié)構(gòu)概況的框圖。圖15是表示圖14所示的電源噪聲加法電路的電路結(jié)構(gòu)的一例的圖。
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圖16是表示在本發(fā)明的第7實(shí)施方式的信號轉(zhuǎn)換電路中適用的電源噪聲消除電 路的結(jié)構(gòu)概況的框圖。圖17是表示圖16所示的信號轉(zhuǎn)換電路的各個部分的信號波形的時序圖。圖18是表示在本發(fā)明的第8實(shí)施方式的信號轉(zhuǎn)換電路中適用的電源噪聲消除電 路的結(jié)構(gòu)概況的框圖。圖19是表示圖18所示的電源噪聲加法電路的電路結(jié)構(gòu)的一例的圖。圖20是表示在本發(fā)明的第9實(shí)施方式的信號轉(zhuǎn)換電路中適用的電源噪聲消除電 路的結(jié)構(gòu)概況的框圖。圖21是表示圖20所示的電源噪聲加法電路的電路結(jié)構(gòu)的一例的圖。
具體實(shí)施例方式以下，參照

本發(fā)明的實(shí)施方式的電源噪聲消除電路。另外，在下面的說明 中，以把電源噪聲消除電路適用于CMOS圖像傳感器的情況作為示例，但本發(fā)明不限于這些 實(shí)施方式。(第1實(shí)施方式)圖1是表示適用本發(fā)明的第1實(shí)施方式的電源噪聲消除電路的CMOS圖像傳感器 的結(jié)構(gòu)概況的框圖。在圖1中，在CMOS圖像傳感器中設(shè)有像素陣列11、行選擇電路12、采樣保持信號 轉(zhuǎn)換電路組13和列選擇電路14。其中，在像素陣列11中跨m行n列(m、n是1以上的整 數(shù))配置有進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換的像素15。行選擇電路12能夠選擇排列有成為讀出對象的像素 15的行。列選擇電路14能夠選擇排列有成為讀出對象的像素15的列。在采樣保持信號轉(zhuǎn) 換電路組13中，按照排列有像素15的每列設(shè)有采樣保持信號轉(zhuǎn)換電路16。其中，采樣保持 信號轉(zhuǎn)換電路16通過垂直信號線NSIG與各個像素15按每列連接。并且，采樣保持信號轉(zhuǎn) 換電路16在從各個像素15讀出信號的情況下，能夠通過⑶S來檢測信號成分。圖2是表示圖1所示像素的電路結(jié)構(gòu)的一例的圖。在圖2中，在圖1所示的像素15中設(shè)有光電二極管PD、讀出晶體管Ml、復(fù)位晶體 管M2、行選擇晶體管M3和轉(zhuǎn)發(fā)晶體管M4。并且，讀出晶體管Ml的源極與光電二極管PD連接，讀出晶體管Ml的柵極與讀出 信號線RD連接。并且，復(fù)位晶體管M2的源極與讀出晶體管Ml的漏極連接，復(fù)位晶體管M2 的柵極與復(fù)位信號線RS連接，復(fù)位晶體管M2的漏極與電源線DL連接。并且，選擇晶體管 M3的柵極與行選擇線ADR連接，選擇晶體管M3的漏極與電源線DL連接。并且，轉(zhuǎn)發(fā)晶體 管M4的源極通過垂直信號線NSIG與電流源17和采樣保持信號轉(zhuǎn)換電路16連接，轉(zhuǎn)發(fā)晶 體管M4的柵極與讀出晶體管Ml的漏極連接，轉(zhuǎn)發(fā)晶體管M4的漏極與選擇晶體管M3的源 極連接。其中，寄生電容CF1連接在轉(zhuǎn)發(fā)晶體管M4的柵極和電源線DL之間，寄生電容CF2 連接在轉(zhuǎn)發(fā)晶體管M4的柵極和地之間。圖3是表示在圖1所示的采樣保持信號轉(zhuǎn)換電路中適用的電源噪聲消除電路的結(jié) 構(gòu)概況的框圖。在圖3中，在該電源噪聲消除電路中設(shè)有采樣保持信號轉(zhuǎn)換電路16、開關(guān)控制電路21、斜波發(fā)生電路22、電源噪聲加法電路23和基準(zhǔn)電壓生成電路24。另外，開關(guān)控制電 路21、斜波發(fā)生電路22、電源噪聲加法電路23和基準(zhǔn)電壓生成電路24，能夠在包含于采樣 保持信號轉(zhuǎn)換電路組13中的全部采樣保持信號轉(zhuǎn)換電路16中共用。其中，在采樣保持信號轉(zhuǎn)換電路16中設(shè)有開關(guān)S1 S3、電容器CAP1、CAP2、差動 放大器AMP1和T/D轉(zhuǎn)換器25。另外，T/D轉(zhuǎn)換器25能夠把規(guī)定期間內(nèi)的計(jì)數(shù)值轉(zhuǎn)換為數(shù) 字值。并且，電容器CAP1的一端通過開關(guān)S2與斜波信號線NREF1連接。并且，電容器CAP2 的一端與電容器CAP1的另一端連接，并且通過開關(guān)S1與讀出控制線NS1連接。并且，電容 器CAP2的另一端與差動放大器AMP1的反轉(zhuǎn)輸入端子連接。并且，差動放大器AMP1的非反 轉(zhuǎn)輸入端子與放大器基準(zhǔn)電壓線NBIAS連接，差動放大器AMP1的輸出端子通過開關(guān)S3與 差動放大器AMP1的反轉(zhuǎn)輸入端子連接。并且，T/D轉(zhuǎn)換器25的輸入端子與差動放大器AMP1 的輸出端子連接。并且，斜波發(fā)生電路22能夠產(chǎn)生斜波信號，并輸出給斜波信號線NREF1?；鶞?zhǔn)電 壓生成電路24能夠生成基準(zhǔn)電壓，并輸出給放大器基準(zhǔn)電壓線NBIAS。電源噪聲加法電路 23能夠?qū)⒅丿B在電源中的電源噪聲加算到由基準(zhǔn)電壓生成電路24生成的基準(zhǔn)電壓上。其 中，電源噪聲加法電路23的輸出端子通過開關(guān)S4與放大器基準(zhǔn)電壓線NBIAS連接。另外， 關(guān)于電源噪聲加法電路23，例如可以使用與電源連接的可變電容，并能夠把該可變電容的 值調(diào)整為圖2所示的寄生電容CF1、CF2的值使用?；蛘?，也可以使用固定電容取代可變電 容。其中，在電源噪聲加法電路23采用固定電容的情況下，也可以使用修整(trimming)等 方法，把固定電容的值調(diào)整為圖2所示的寄生電容CF1、CF2的值。開關(guān)控制電路21通過讀出控制線NS1控制開關(guān)S1導(dǎo)通/斷開，通過斜波控制線 NS2控制開關(guān)S2導(dǎo)通/斷開，通過復(fù)位控制線NS3控制開關(guān)S3導(dǎo)通/斷開，通過電源噪聲 控制線NS4控制開關(guān)S4導(dǎo)通/斷開。圖4是表示圖3所示的采樣保持信號轉(zhuǎn)換電路的各個部分的信號波形的時序圖。在圖4中，在從圖3所示的像素15讀出信號的情況下，垂直信號線NSIG與電源線 DL連接，由此垂直信號線NSIG的電位轉(zhuǎn)移至復(fù)位電平。其中，在垂直信號線NSIG的電位轉(zhuǎn)移至復(fù)位電平的情況下，通過圖3所示的開關(guān) 控制電路21使開關(guān)S1 S4斷開，垂直信號線NSIG與采樣保持信號轉(zhuǎn)換電路16分離。并且，在通過采樣保持信號轉(zhuǎn)換電路16進(jìn)行復(fù)位電平的采樣的情況下，通過開關(guān) 控制電路21使開關(guān)S1、S3、S4導(dǎo)通(時刻TO)。其中，在開關(guān)S1導(dǎo)通時，垂直信號線NSIG 與采樣保持信號轉(zhuǎn)換電路16連接，NA1電壓成為垂直信號線NSIG的電壓(時刻T1)。并且， 在開關(guān)S3導(dǎo)通時，差動放大器AMP1的輸出端子與非反轉(zhuǎn)輸入端子短路，差動放大器AMP1 被施加負(fù)反饋，所以NB1電壓和NC1電壓成為放大器基準(zhǔn)電壓線NBIAS的電壓(時刻T1)。 其中，在時刻T1，由于開關(guān)S4導(dǎo)通，所以放大器基準(zhǔn)電壓線NBIAS的電壓成為向由基準(zhǔn)電壓 生成電路24生成的基準(zhǔn)電壓加上了電源噪聲后的值。然后，在通過開關(guān)控制電路21使開關(guān)S3斷開時(時刻T2)，電容器CAP2與差動放 大器AMP1的輸出端子分離，在電容器CAP2中保持與NA1電壓和NB1電壓之電壓差對應(yīng)的 電荷。其中，把垂直信號線NSIG的復(fù)位電平設(shè)為Vrst，把重疊在垂直信號線NSIG上的電 源噪聲設(shè)為A Vnl，能夠按照下面的式(2)計(jì)算NA1電壓Vrst_n。
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Vrst_n = Vrst+Δ Vnl......(2)另一方面，把由基準(zhǔn)電壓生成電路24生成的基準(zhǔn)電壓設(shè)為Vbias，把從電源噪聲 加法電路23輸出的電源噪聲設(shè)為ΔνηΓ，能夠按照下面的式(3)計(jì)算NBl電壓VbiaS_nl。Vbias_nl = Vbias+Δ Vnl' ......(3)其中，在假設(shè)從同一電源線DL向像素陣列11和電源噪聲加法電路23提供電源 時，在時刻Τ2，能夠使重疊在垂直信號線NSIG上的電源噪聲Δ Vnl、與從電源噪聲加法電路 23輸出的電源噪聲AVnl，一致。因此，在時刻Τ2施加給電容器CAP2的電壓差在假設(shè)使電源噪聲AVnl、AVnl' 彼此抵消，并把電容器CAP2的電容設(shè)為Cp2時，能夠按照下面的式(4)計(jì)算保持在電容器 CAP2中的電荷Q2。Q2 = Cp2(Vrst_n-Vbias_nl) = (Vrst-Vbias) ......(4)然后，若向讀出信號線RD輸出了讀出脈沖(時刻T3)，讀出晶體管Ml導(dǎo)通。并且， 在讀出晶體管Ml導(dǎo)通時，與儲存在光電二極管PD中的電荷量對應(yīng)的電壓施加給轉(zhuǎn)發(fā)晶體 管M4的柵極。其中，源極跟隨器由轉(zhuǎn)發(fā)晶體管M4和電流源17構(gòu)成，所以在與儲存在光電 二極管PD中的電荷量對應(yīng)的電壓施加給轉(zhuǎn)發(fā)晶體管M4的柵極時，垂直信號線NSIG的電壓 跟隨該電壓，垂直信號線NSIG的電壓和NAl電壓向讀出電平轉(zhuǎn)移。并且，若垂直信號線NSIG的電位轉(zhuǎn)移為讀出電平，通過開關(guān)控制電路21使開關(guān)S2 導(dǎo)通(時刻T4)。并且，若開關(guān)S2導(dǎo)通，電容器CAPl與斜波信號線NREFl連接，NVl電壓成 為斜波信號線NREFl的鉗位電壓Vclmp (時刻T5)。然后，在通過采樣保持信號轉(zhuǎn)換電路16進(jìn)行讀出電平的采樣的情況下，通過開關(guān)控制電路21使開關(guān)S1、S4斷開(時刻T6)。并且，在開關(guān)Sl斷開時，電容器CAP1、CAP2與 垂直信號線NSIG分離。并且，若電容器CAPl與垂直信號線NSIG分離，在電容器CAPl中保 持與NREFl電壓和NAl電壓的電壓差對應(yīng)的電荷。其中，把垂直信號線NSIG的讀出電平設(shè)為Vrd，把重疊在垂直信號線NSIG上的電 源噪聲設(shè)為Δ Vn2，能夠按照下面的式(5)計(jì)算NAl電壓Vrd_n。Vrd_n = Vrd+ Δ Vn2......(5)結(jié)果，把電容器CAPl的電容設(shè)為Cpl，能夠按照下面的式(6)計(jì)算保持在電容器 CAPl中的電荷Ql。Ql = Cpl (VcImp-Vrd_n) ......(6)另一方面，在時刻T2 T6期間，NAl電壓變化(Vrst_n_Vrd_n)量，但根據(jù)電荷保 持原則，電容器CAP2的電荷量不變。結(jié)果，NBl電壓Vnb變化與NAl電壓的變化量相同的 值，并能夠按照下面的式(8)計(jì)算。Vnb = Vbias_nl-(Vrst_n-Vrd_n) ......(8)另一方面，把此時從電源噪聲加法電路23輸出的電源噪聲設(shè)為AVn2’，能夠按照 下面的式(9)計(jì)算此時的放大器基準(zhǔn)電壓線NBIAS的電壓VbiaS_n2。Vbias_n2 = Vbias+Δ Vn2'......(9)并且，若NBl電壓Vnb被輸入到差動放大器AMPl的反轉(zhuǎn)輸入端子、放大器基準(zhǔn)電 壓線NBIAS的電壓VbiaS_n2被輸入到差動放大器AMPl的非反轉(zhuǎn)輸入端子，這些電壓的差 分通過差動放大器AMPl被放大，并從差動放大器AMPl輸出。
其中，從差動放大器AMPl輸出的NCl電壓Vncl如果沒有被鉗位，則能夠按照下面 的式(10)計(jì)算。Vncl = A(Vbias_n2-(Vbias_nl)-(Vrst_n-Vrd_n)) ......(10)其中，A表示差動放大器AMPl的增益。其中，在假設(shè)從同一電源線DL向像素陣列11和電源噪聲加法電路23提供電源 時，在時刻T6，能夠使重疊在垂直信號線NSIG上的電源噪聲Δ Vn2、與從電源噪聲加法電路 23輸出的電源噪聲AVn2，一致。因此，在時刻Τ6從差動放大器AMPl輸出的NCl電壓Vncl的變化量為電源噪聲 AVn2、AVn2'彼此抵消，并能夠按照下面的式(11)計(jì)算。
Vncl = A (Vrst-Vrd) ......(11)其中，在時刻Τ6從差動放大器AMPl輸出的NCl電壓Vncl中包含垂直信號線NSIG 的復(fù)位電平Vrst和讀出電平Vrd，但不包含復(fù)位電平中的電源噪聲AVnl和讀出電平中的 電源噪聲AVn2。然后，若由采樣保持信號轉(zhuǎn)換電路16進(jìn)行的讀出電平的采樣結(jié)束，通過斜波發(fā)生 電路22使斜波信號線NREFl的電位暫時(一旦)下降(時刻Τ7)。其中，若斜波信號線 NREFl的電位下降，NAl電壓和NBl電壓也隨之下降。然后，在通過斜波發(fā)生電路22使斜波信號線NREFl的電位暫時下降后，使斜波信 號線NREFl的電位按照一定的比例上升(時刻Τ8)。并且，若使斜波信號線NREFl的電位按 照一定的比例上升，斜波信號線NREFl的電位與鉗位電壓相等(時刻Τ9)。此時，能夠按照 下面的式(12)計(jì)算NBl電壓Vnb。Vnb = Vbias_n-(Vrst_n_Vrd_n)......(12)并且，使斜波信號線NREFl的電位按照一定的比例進(jìn)一步上升，在NBl電壓Vnb與 放大器基準(zhǔn)電壓線NBIAS的電壓VbiaS_n2相等時，NCl電壓反轉(zhuǎn)(時刻T10)。此時，根據(jù) 電荷保持原則，電容器CAP2的電荷量不變，所以能夠按照下面的式(13)計(jì)算斜波信號線 NREFl 的電壓 Vref_tl0。Vref_tlO = Vclmp+Vbias_n2-(Vbias_nl-(Vrst_n-Vrd_n))= Vclmp+(Vr st_n-Vrd_n) ......(13)其中，在T/D轉(zhuǎn)換器25中，計(jì)數(shù)時刻T9 時刻TlO的時鐘，將(Vrst_n_Vrd)的值 轉(zhuǎn)換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。由此，能夠通過采樣保持信號轉(zhuǎn)換電路16進(jìn)行復(fù)位電平的采樣和讀出電平的采 樣，并且消除重疊在信號成分中的電源噪聲Δνη 、AVn20因此，不需進(jìn)行從差動放大器AMPl輸出的信號成分的加法平均化處理，即可消除 重疊在信號成分中的電源噪聲Δνη 、Δνη2，能夠抑制處理所需要的時間，并提高畫質(zhì)。(第2實(shí)施方式) 圖5是表示在本發(fā)明的第2實(shí)施方式的采樣保持信號轉(zhuǎn)換電路中適用的電源噪聲 消除電路的結(jié)構(gòu)概況的框圖。 在圖5中，在該電源噪聲消除電路中取代圖3所示的電源噪聲加法電路23，而設(shè) 有電源噪聲加法電路23’，并另外設(shè)有寄存器26。其中，在電源噪聲加法電路23’設(shè)有可變 電容CH1、CH2。并且，可變電容CHl的一端與電源連接，并且可變電容CH2的一端接地。并且，可變電容CHl的另一端通過開關(guān)S4與放大器基準(zhǔn)電壓線NBIAS連接，可變電容CH2的 另一端與放大器基準(zhǔn)電壓線NBIAS連接。并且，寄存器26能夠通過電容選擇線NRKk-1:0>選擇可變電容CHl的值，并且通 過電容選擇線NR2<k-l:0>選擇可變電容CH2的值。圖6是表示圖5所示的電源噪聲加法電路的電路結(jié)構(gòu)的一例的圖，圖7是表示利 用寄存器實(shí)現(xiàn)的可變電容器的電容控制方法的圖。在圖6中，在可變電容CHl設(shè)有電容器Ctl Clri，在可變電容CH2設(shè)有電容器Ctl' Clri’。并且，電容器Ctl Clri的一端與電源連接，并且電容器Cc/ ck_/接地。并且，電容 器Ctl Clri的另一端在分別通過開關(guān)SWtl SWlrl后，再通過開關(guān)S4與放大器基準(zhǔn)電壓線 NBIAS連接，電容器Cc/ Ck_/的另一端分別通過開關(guān)SWc/ SWk_/與放大器基準(zhǔn)電壓線 NBIAS連接。
并且，能夠?qū)拇嫫?6設(shè)定0 2k_i的任一個值。并且，如圖7所示，根據(jù)對寄存 器26設(shè)定的值，分別使開關(guān)SWtl SWk+ Sff0' SWk_/導(dǎo)通或斷開，由此電容器Ctl Cm、 C0' Ch’與放大器基準(zhǔn)電壓線NBIAS連接，并能夠改變施加給放大器基準(zhǔn)電壓線NBIAS的 電容。其中，優(yōu)選將寄存器26的值設(shè)定為使可變電容CH1、CH2的值與圖2所示的寄生電容 CF1、CF2 —致。另夕卜，圖5所示的電源噪聲消除電路能夠按照圖4所示的時序圖動作。其中，把 像素15的增益設(shè)為α，輸出給垂直信號線NSIG的電源噪聲在進(jìn)行復(fù)位電平的采樣時為 α X ΔVnl、在進(jìn)行電荷讀出電平的采樣時為α X AVn2。另一方面，把電源噪聲加法電路23’的增益設(shè)為β，在相同時刻的放大器基準(zhǔn)電 壓線NBIAS的電源噪聲為β X AVnl、β X AVn2。結(jié)果，能夠按照下面的式(14)計(jì)算在圖4所示的時刻TlO時的斜波信號線NREFl 的電壓Vref_tl0。Vref_tlO = Vclmp+Vbias_n2-(Vbias_nl-(Vrst_n-Vrd_n))= Vclmp+(Vrst-Vrd)+( β - α ) X Δ Vn2- ( β - α ) X Δ Vnl ......(14)并且，如果設(shè)定電源噪聲加法電路23’的增益β，使β = α，則能夠按照下面的 式(15)計(jì)算斜波信號線NREFl的電壓Vref_tl0，并能夠消除電源噪聲AVnl、AVn20Vref_tl0 = Vclmp+(Vrst-Vrd) ......(15)其中，通過改變寄存器26的值，能夠改變可變電容CH1、CH2的值。因此，在圖2所 示的寄生電容CF1、CF2具有偏差的情況下，也能夠通過采樣保持信號轉(zhuǎn)換電路16進(jìn)行復(fù)位 電平的采樣和讀出電平的采樣，并且消除重疊在信號成分中的電源噪聲Δνη 、AVn20(第3實(shí)施方式)圖8是表示在本發(fā)明的第3實(shí)施方式的采樣保持信號轉(zhuǎn)換電路中適用的電源噪聲 消除電路的結(jié)構(gòu)概況的框圖。在圖8中，在該電源噪聲消除電路中取代圖5所示的電源噪聲加法電路23’而設(shè) 有電源噪聲加法電路23”。其中，電源噪聲加法電路23”在電源噪聲加法電路23’的結(jié)構(gòu)基 礎(chǔ)上，還另外設(shè)有緩沖器27。并且，緩沖器27插入在可變電容CH2和差動放大器AMPl之 間。
圖9是表示圖8所示的電源噪聲加法電路的電路結(jié)構(gòu)的一例的圖。
在圖9中，圖8所示的電源噪聲加法電路23”在圖6所示結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，還設(shè)有緩 沖器27。并且，緩沖器27插入在開關(guān)SWlri’和圖8所示的差動放大器AMPl之間。另外，圖8所示的電源噪聲消除電路能夠按照圖4所示的時序圖動作。并且，把像 素15的增益設(shè)為α，把電源噪聲加法電路23”的增益設(shè)為β，并設(shè)定增益β，使β = α， 則能夠按照式(15)計(jì)算圖4所示的時刻TlO時的斜波信號線NREFl的電壓Vref_tl0，并能 夠消除電源噪聲Δνη 、AVn20其中，通過在可變電容CH2和差動放大器AMPl之間插入緩沖器27，能夠使電源噪 聲加法電路23”不受放大器基準(zhǔn)電壓線NBIAS的寄生電容的影響。因此，在多個差動放大 器AMPl并聯(lián)與放大器基準(zhǔn)電壓線NBIAS連接的情況下，也能夠使從電源噪聲加法電路23” 輸出的電源噪聲的精度保持一定。(第4實(shí)施方式)圖10是表示在本發(fā)明的第4實(shí)施方式的信號轉(zhuǎn)換電路中適用的電源噪聲消除電 路的結(jié)構(gòu)概況的框圖。在圖10中，在該CMOS圖像傳感器中取代圖1所示的采樣保持信號轉(zhuǎn)換電路組13， 而設(shè)有信號轉(zhuǎn)換電路組31。并且，在信號轉(zhuǎn)換電路組31中，按照排列有像素15的每列設(shè)有 信號轉(zhuǎn)換電路32。其中，信號轉(zhuǎn)換電路32通過垂直信號線NSIG與各個像素15按每列連 接。并且，信號轉(zhuǎn)換電路32能夠進(jìn)行從各個像素15讀出的信號的檢測處理。并且，在電源噪聲消除電路中設(shè)有信號轉(zhuǎn)換電路32、開關(guān)控制電路35、電源噪聲 加法電路33和基準(zhǔn)電壓生成電路34。另外，開關(guān)控制電路35、電源噪聲加法電路33和基 準(zhǔn)電壓生成電路34，能夠在包含于信號轉(zhuǎn)換電路組31中的全部信號轉(zhuǎn)換電路32中共用。其中，在信號轉(zhuǎn)換電路32中設(shè)有開關(guān)S11、電容器CAP11、CAP12以及差動放大器 AMP11。另外，電容器CAPll的一端與垂直信號線NSIG連接。并且，電容器CAPll的另一端 與差動放大器AMPl的反轉(zhuǎn)輸入端子連接，并且，差動放大器AMPll的非反轉(zhuǎn)輸入端子與放 大器基準(zhǔn)電壓線NBIAS連接，差動放大器AMPll的輸出端子通過電容器CAP12與差動放大 器AMPll的反轉(zhuǎn)輸入端子連接。并且，開關(guān)Sll與電容器CAP12并聯(lián)連接。并且，基準(zhǔn)電壓生成電路34能夠生成基準(zhǔn)電壓，并輸出給放大器基準(zhǔn)電壓線 NBIAS0電源噪聲加法電路33能夠?qū)⒅丿B在電源中的電源噪聲加到由基準(zhǔn)電壓生成電路34 生成的基準(zhǔn)電壓上。其中，電源噪聲加法電路33的輸出端子與放大器基準(zhǔn)電壓線NBIAS連 接。另外，關(guān)于電源噪聲加法電路33，例如可以使用與電源連接的可變電容，并能夠把該可 變電容的值調(diào)整為圖2所示的寄生電容CF1、CF2的值使用?；蛘撸部梢允褂霉潭娙萑?代可變電容。開關(guān)控制電路35通過復(fù)位控制線NS13控制開關(guān)SWll導(dǎo)通/斷開。圖11是表示圖10所示的信號轉(zhuǎn)換電路的各個部分的信號波形的時序圖。在圖11中，在從圖10所示的像素15讀出信號的情況下，垂直信號線NSIG與電源 線DL連接，由此垂直信號線NSIG的電位轉(zhuǎn)移至復(fù)位電平。其中，在垂直信號線NSIG的電 位轉(zhuǎn)移至復(fù)位電平的情況下，通過圖10所示的開關(guān)控制電路35使開關(guān)Sll斷開。并且，若垂直信號線NSIG的電位轉(zhuǎn)移至復(fù)位電平，通過開關(guān)控制電路35使開關(guān) Sll導(dǎo)通。其中，在開關(guān)Sll導(dǎo)通時，差動放大器AMPll的輸出端子與非反轉(zhuǎn)輸入端子短路， 差動放大器AMPll被施加負(fù)反饋，所以NB2電壓和NC2電壓成為放大器基準(zhǔn)電壓線NBIAS的電壓(時刻Til)。其中，由于電源噪聲加法電路33與放大器基準(zhǔn)電壓線NBIAS連接，所 以放大器基準(zhǔn)電壓線NBIAS的電壓成為向由基準(zhǔn)電壓生成電路34生成的基準(zhǔn)電壓加上了 電源噪聲的值。然后，若通過開關(guān)控制電路35使開關(guān)Sll斷開(時刻T12)，差動放大器AMPll的 輸出端子通過電容器CAP12與非反轉(zhuǎn)輸入端子連接，從差動放大器AMPll輸出與此時的放 大器基準(zhǔn)電壓線NBIAS的電壓和NB2電壓之間的差分對應(yīng)的電壓。其中，在時刻T12，把垂直信號線NSIG的復(fù)位電平設(shè)為Vrst，把重疊在垂直信號線 NSIG上的電源噪聲設(shè)為AVnl，能夠按照下面的式(16)計(jì)算垂直信號線NSIG的電壓Vrst_ η。Vrst_n = Vrst+Δ Vnl......(16)
另一方面，在時刻Τ12，把由基準(zhǔn)電壓生成電路34生成的基準(zhǔn)電壓設(shè)為Vbias，把 從電源噪聲加法電路33輸出的電源噪聲設(shè)為aAVnl，能夠按照下面的式(17)計(jì)算放大器 基準(zhǔn)電壓線NBIAS的電壓Vbias_nl。Vbias_nl = Vbias+aAVnl ......(17)另一方面，由于差動放大器AMPll通過電容器CAP12被施加負(fù)反饋，所以NB2電壓 Vnb與放大器基準(zhǔn)電壓線NBIAS的電壓VbiaS_nl相等。此時，把從差動放大器AMPl 1輸出的NC2電壓設(shè)為Vncl，把電容器CAPl 1、CAP12的 電容分別設(shè)為Cpl、Cp2，根據(jù)電荷保持原則，下面的式(18)成立。Cpl(Vrst_n-Vbias_nl) = Cp2(Vbias_nl-Vncl) ......(18)結(jié)果，在時刻T12，能夠按照下面的式(19)計(jì)算從差動放大器AMPll輸出的NC2電 壓 Vncl。Vncl = Vbias+Cpl/Cp2X (Vbias-Vrst) +{a+Cpl/Cp2X (a-1)} X AVnl ......(19)其中，通過設(shè)定使?jié)M足下面的式(20)或式(21)的增益a，能夠消除復(fù)位電平中的 電源噪聲AVnl。a+Cpl/Cp2X (a-1) = 0 ......(20)a = Cpl/(Cpl+Cp2)......(21)然后，若向讀出信號線RD輸出讀出脈沖(時刻T13)，圖2所示的讀出晶體管Ml導(dǎo) 通。并且，在讀出晶體管Ml導(dǎo)通時，與儲存在光電二極管PD中的電荷量對應(yīng)的電壓施加給 轉(zhuǎn)發(fā)晶體管M4的柵極。其中，源極跟隨器由轉(zhuǎn)發(fā)晶體管M4和電流源17構(gòu)成，所以在與儲存 在光電二極管PD中的電荷量對應(yīng)的電壓施加給轉(zhuǎn)發(fā)晶體管M4的柵極時，垂直信號線NSIG 的電壓跟隨該電壓，垂直信號線NSIG的電壓轉(zhuǎn)移至讀出電平(時刻T14)。并且，在垂直信號線NSIG的電位轉(zhuǎn)移為讀出電平時，從差動放大器AMPl 1輸出與 此時的放大器基準(zhǔn)電壓線NBIAS的電壓和NB2電壓之間的差分對應(yīng)的電壓。其中，在時刻T14，把垂直信號線NSIG的讀出電平設(shè)為Vrd，把重疊在垂直信號線 NSIG上的電源噪聲設(shè)為Δνη2，能夠按照下面的式(22)計(jì)算垂直信號線NSIG的電壓Vrd_ η。Vrd_n = Vrst+Δ Vnl......(22)另一方面，在時刻Τ14，把由基準(zhǔn)電壓生成電路34生成的基準(zhǔn)電壓設(shè)為VbiasdE從電源噪聲加法電路33輸出的電源噪聲設(shè)為aAVn2，能夠按照下面的式(23)計(jì)算放大器 基準(zhǔn)電壓線NBIAS的電壓Vbias_n2。Vbias_n2 = Vbias+aAVn2 ......(23)另一方面，由于差動放大器AMPll通過電容器CAP12被施加負(fù)反饋，所 以NB2電壓 Vnb與放大器基準(zhǔn)電壓線NBIAS的電壓VbiaS_n2相等。結(jié)果，在時刻T14，能夠按照下面的式(24)計(jì)算從差動放大器AMPll輸出的NC2電 壓 Vnc2。Vnc2 = Vbias+Cpl/Cp2X (Vbias-Vrst)+{a+Cpl/Cp2X (a-1)} X AVn2 ......(24)其中，通過設(shè)定使?jié)M足上述的式(21)的增益a，能夠消除讀出電平中的電源噪聲 Δνη2。由此，不需通過信號轉(zhuǎn)換電路32進(jìn)行復(fù)位電平的采樣及讀出電平的采樣，即可消 除重疊在信號成分中的電源噪聲Δνη 、Δνη2，能夠抑制處理所需要的時間，并提高畫質(zhì)。(第5實(shí)施方式)圖12是表示在本發(fā)明的第5實(shí)施方式的信號轉(zhuǎn)換電路中適用的電源噪聲消除電 路的結(jié)構(gòu)概況的框圖。在圖12中，在該電源噪聲消除電路中取代圖10所示的電源噪聲加法電路33而設(shè) 有電源噪聲加法電路33’，并另外設(shè)有寄存器36。其中，在電源噪聲加法電路33’設(shè)有可變 電容CH11、CH12。并且，可變電容CHll的一端與電源連接，并且可變電容CH12的一端接地。 并且，可變電容CHll的另一端和可變電容CH12的另一端與放大器基準(zhǔn)電壓線NBIAS連接。并且，寄存器36能夠通過電容選擇線NRKk-1:0>選擇可變電容CHll的值，并且 通過電容選擇線NR2<k-l 0>選擇可變電容CH12的值。圖13是表示圖12所示的電源噪聲加法電路的電路結(jié)構(gòu)的一例的圖。在圖13中，在可變電容CHll設(shè)有電容器Ctl Clri，在可變電容CH12設(shè)有電容器 C?！?Ck-/。并且，電容器C。 CV1的一端與電源連接，并且電容器C?！?Ck_/的一端接 地。并且，電容器Ctl Cle1的另一端分別通過開關(guān)SWtl SWlri與放大器基準(zhǔn)電壓線NBIAS 連接，電容器Cc/ Ck_/的另一端分別通過開關(guān)SWc/ SWk_/與放大器基準(zhǔn)電壓線NBIAS 連接。并且，能夠?qū)拇嫫?6設(shè)定0 2k_i的任一個值。并且，如圖7所示，根據(jù)對寄存 器36設(shè)定的值，分別使開關(guān)SWtl SWk+ Sff0' SWk_/導(dǎo)通或斷開，由此電容器Ctl Cm、 C0' Ch’與放大器基準(zhǔn)電壓線NBIAS連接，并能夠改變施加給放大器基準(zhǔn)電壓線NBIAS的 電容。其中，優(yōu)選將寄存器36的值設(shè)定為使可變電容CH11、CH12的值與圖2所示的寄生電 容 CF1、CF2 —致。另外，圖12所示的電源噪聲消除電路能夠按照圖11所示的時序圖動作。其中，在 圖11中的時刻T12，把輸出給垂直信號線NSIG的復(fù)位電平設(shè)為Vrst，把針對電源噪聲的像 素15的增益設(shè)為α，把電源噪聲設(shè)為α X Δ Vnl，能夠按照下面的式(25)計(jì)算垂直信號線 NSIG 的電壓 Vrst_n。Vrst_n = Vrst+α X AVnl......(25)并且，從電源噪聲加法電路33’向放大器基準(zhǔn)電壓線NBIAS輸出電源噪聲AVnl的β倍。其中，β表示電源噪聲加法電路33’的增益。因此，把由基準(zhǔn)電壓生成電路34 生成的基準(zhǔn)電壓設(shè)為Vbias，能夠按照下面的式(26)計(jì)算放大器基準(zhǔn)電壓線NBIAS的電壓 Vbias_nlοVbias_nl = Vbias+β X AVnl ......(26)并且，由于差動放大器AMPll通過電容器CAP 12被施加負(fù)反饋，所以NB2電壓Vnb 與放大器基準(zhǔn)電壓線NBIAS的電壓VbiaS_nl相等。此時，把NC2電壓設(shè)為Vncl，把電容器CAP11、CAP12的電容分別設(shè)為Cpl、Cp2，根據(jù)電荷保持原則，下面的式(27)成立。Cpl(Vrst_n-Vbias_nl) = Cp2(Vbias_nl_Vncl)結(jié)果，在時刻T12，能夠按照下面的式(27)計(jì)算NC2電壓Vncl。Vncl = Vbias+Cpl/Cp2X (Vbias-Vrst) +{β +Cpl/Cp2X (β - α )} X AVnl ......(27)其中，通過設(shè)定使?jié)M足下面的式(28)或式(29)的增益β，式(27)能夠變?yōu)槭?(30)，能夠消除復(fù)位電平中的電源噪聲AVnl。β+Cpl/Cp2X (β-α ) = 0......(28)β = Cpl/(Cpl+Cp2) Χα......(29)Vncl = Vbias+Cpl/Cp2X (Vbias-Vrst) ......(30)然后，在圖11中的時刻Τ4，把輸出給垂直信號線NSIG的讀出電平設(shè)為Vrd，把電 源噪聲設(shè)為α X Δ Vn2，能夠按照下面的式(31)計(jì)算NC2電壓Vnc2。Vnc2 = Vbias+Cpl/Cp2X (Vbias-Vrd) +{β +Cpl/Cp2X (β - α )} X AVn2......(31)其中，通過設(shè)定使?jié)M足式(28)的增益β，式(31)能夠變?yōu)槭?32)，能夠消除讀出 電平中的電源噪聲Δνη2。Vnc2 = Vbias+Cpl/Cp2X (Vbias-Vrd)......(32)其中，通過改變寄存器36的值，能夠改變可變電容CH11、CH12的值。因此，在圖2 所示的寄生電容CF1、CF2具有偏差的情況下，不需通過信號轉(zhuǎn)換電路32進(jìn)行復(fù)位電平的采 樣和讀出電平的采樣，即可消除重疊在信號成分中的電源噪聲Δνη 、AVn20(第6實(shí)施方式)圖14是表示在本發(fā)明的第6實(shí)施方式的信號轉(zhuǎn)換電路中適用的電源噪聲消除電 路的結(jié)構(gòu)概況的框圖。在圖14中，在該電源噪聲消除電路中取代圖12所示的電源噪聲加法電路33’而 設(shè)有電源噪聲加法電路33”。其中，電源噪聲加法電路33”在電源噪聲加法電路33’的結(jié)構(gòu) 基礎(chǔ)上，還另外設(shè)有緩沖器37。并且，緩沖器37插入在可變電容CH12和差動放大器AMPll 之間。圖15是表示圖14所示的電源噪聲加法電路的電路結(jié)構(gòu)的一例的圖。在圖15中，圖14所示的電源噪聲加法電路33”在圖13所示結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，還設(shè) 有緩沖器37。并且，緩沖器37插入在開關(guān)SWlri’和圖14所示的差動放大器AMPll之間。另外，圖14所示的電源噪聲消除電路能夠按照圖11所示的時序圖動作。并且， 把針對電源噪聲的像素15的增益設(shè)為α，把電源噪聲加法電路33”的增益設(shè)為β。并且，在圖11中的時刻T12，把輸出給垂直信號線NSIG的復(fù)位電平設(shè)為Vrst，把電源噪聲設(shè) 為α X AVnl，把放大器基準(zhǔn)電壓線NBIAS的電壓設(shè)為Vbias+β X Δ Vnl，把電容器CAPll、 CAP 12的電容分別設(shè)為Cpl、Cp2，能夠按照式(27)計(jì)算NC2電壓Vncl。其中，通過設(shè)定滿足式(28)的增益β，式(27)能夠變?yōu)槭?30)，能夠消除復(fù)位電 平中的電源噪聲Δνη2。然后，在圖11中的時刻Τ4，把輸出給垂直信號線NSIG的讀出電平設(shè)為Vrd，把電 源噪聲設(shè)為α X AVn2，能夠按照式(31)計(jì)算NC2電壓Vnc2。并且，通過設(shè)定滿足式(28)的增益β，式(31)能夠變?yōu)槭?32)，能夠消除讀出電 平中的電源噪聲Δνη2。其中，通過在可變電容CH22和差動放大器ΑΜΡ21之間插入緩沖器37，能夠使電源 噪聲加法電 路33”不受放大器基準(zhǔn)電壓線NBIAS的寄生電容的影響。因此，在多個差動放 大器AMPll并聯(lián)與放大器基準(zhǔn)電壓線NBIAS連接的情況下，也能夠使從電源噪聲加法電路 33”輸出的電源噪聲的精度保持一定。(第7實(shí)施方式)圖16是表示在本發(fā)明的第7實(shí)施方式的采樣保持信號轉(zhuǎn)換電路中適用的電源噪 聲消除電路的結(jié)構(gòu)概況的框圖。在圖16中，在該CMOS圖像傳感器中取代圖1所示的采樣保持信號轉(zhuǎn)換電路組13 而設(shè)有信號轉(zhuǎn)換電路組41。并且，在信號轉(zhuǎn)換電路組41中，按照排列有像素15的每列設(shè)有 信號轉(zhuǎn)換電路42。其中，信號轉(zhuǎn)換電路42通過垂直信號線NSIG與各個像素15按每個列連 接。并且，信號轉(zhuǎn)換電路42能夠進(jìn)行從各個像素15讀出的信號的檢測處理。并且，在電源噪聲消除電路中設(shè)有信號轉(zhuǎn)換電路42、開關(guān)控制電路45、斜波發(fā)生 電路44和電源噪聲加法電路43。另外，開關(guān)控制電路45、斜波發(fā)生電路44和電源噪聲加 法電路43，能夠在包含于信號轉(zhuǎn)換電路組41中的全部信號轉(zhuǎn)換電路42中共用。其中，在信號轉(zhuǎn)換電路42設(shè)有開關(guān)S21、S22、電容器CAP21、CAP22、差動放大器 AMP21、變換器(inverter) INV和計(jì)數(shù)器CN。另外，計(jì)數(shù)器CN例如可以使用增減(up/down) 計(jì)數(shù)器。并且，電容器CAP21的一端與垂直信號線NSIG連接。另外，電容器CAP21的另一 端與差動放大器AMP21的反轉(zhuǎn)輸入端子連接。另外，差動放大器AMP21的非反轉(zhuǎn)輸入端子 與斜波信號線NREF3連接。另外，差動放大器AMP21的輸出端子依次通過電容器CAP22和 變換器INV與計(jì)數(shù)器CN連接。另外，差動放大器AMP21的輸出端子通過開關(guān)S21與差動放 大器AMP21的反轉(zhuǎn)輸入端子連接。變換器INV的輸出端子通過開關(guān)S22與變換器INV的輸 入端子連接。并且，斜波發(fā)生電路44能夠產(chǎn)生斜波信號，并輸出給斜波信號線NREF3。電源噪聲 加法電路43能夠?qū)⒅丿B在電源中的電源噪聲加到由斜波發(fā)生電路44產(chǎn)生的斜波信號上。 另外，關(guān)于電源噪聲加法電路43，例如可以使用與電源連接的可變電容，并能夠把該可變電 容的值調(diào)整為圖2所示的寄生電容CF1、CF2的值使用。另外，也可以使用固定電容取代可 變電容。開關(guān)控制電路45通過復(fù)位控制線NS21控制開關(guān)SW21導(dǎo)通/斷開，并通過復(fù)位控 制線NS22控制開關(guān)SW22導(dǎo)通/斷開。
圖17是表示圖16所示的信號轉(zhuǎn)換電路的各個部分的信號波形的時序圖。
在圖17中，在從圖16所示的像素15讀出信號的情況下，垂直信號線NSIG與電源 線DL連接，由此垂直信號線NSIG的電位轉(zhuǎn)移至復(fù)位電平。其中，在垂直信號線NSIG的電 位轉(zhuǎn)移至復(fù)位電平的情況下，通過圖16所示的開關(guān)控制電路45使開關(guān)S21、S22斷開。并且，若垂直信號線NSIG的電位轉(zhuǎn)移至復(fù)位電平，通過開關(guān)控制電路45使開關(guān) S21、S22導(dǎo)通。其中，在開關(guān)S21導(dǎo)通時，差動放大器AMP21的輸出端子與非反轉(zhuǎn)輸入端子 短路，差動放大器AMP21被施加負(fù)反饋，所以NA3電壓和NB3電壓成為斜波信號線NREF3的 電壓(時刻T21)。并且，在電容器CAP21中保持有與NA3電壓和垂直信號線NSIG的電壓的電壓差對 應(yīng)的電荷。其中，在時刻T21，NA3電壓與斜波信號線NREF3的電壓相等。因此，把時刻T21 的斜波信號線NREF3的鉗位電壓設(shè)為Vclmp，把垂直信號線NSIG的復(fù)位電平設(shè)為VrstjE 電容器CAP21的電容設(shè)為Cpl，能夠按照下面的式(33)計(jì)算保持在電容器CAP21中的電荷 Q3。Q3 = Cpl(Vrst-Vclmp) ......(33)并且，在開關(guān)S22導(dǎo)通時，變換器INV的輸出端子與輸入端子短路，NC3的電壓和 ND3電壓成為電路閾值Vtl。然后，通過開關(guān)控制電路45使開關(guān)S21、S22斷開(時刻T22)，并且通過斜波發(fā)生 電路44使斜波信號線NREF3的電壓從鉗位電壓Vclmp上升為基準(zhǔn)電壓。并且，若通過開關(guān) 控制電路45使開關(guān)S21斷開，從差動放大器AMP21輸出與斜波信號線NREF3的電壓和NA3 電壓之間的差分對應(yīng)的電壓。并且，在通過信號轉(zhuǎn)換電路42進(jìn)行復(fù)位電平的數(shù)字采樣的情況下，從斜波發(fā)生電 路44向斜波信號線NREF3輸出電壓與時間成比例地減小的斜波信號(時刻T23 T25)。 其中，由于電源噪聲加法電路43與斜波發(fā)生電路44連接，所以斜波信號線NREF3的電壓成 為向由斜波發(fā)生電路44產(chǎn)生的斜波信號加上了電源噪聲的值。其中，在時刻T23 T25，把由斜波發(fā)生電路44產(chǎn)生的斜波信號的電壓設(shè) 為Vrefl，把重疊在斜波信號中的電源噪聲設(shè)為AVnl，斜波信號線NREF3的電壓為 Vrefl+Δ Vnlο另一方面，根據(jù)電荷保持原則，ΝΑ3電壓為Vclmp+Δ Vnl。結(jié)果，把差動放大器ΑΜΡ21的增益設(shè)為Α，能夠按照下面的式(34)計(jì)算從差動放大 器ΑΜΡ21輸出的ΝΒ3電壓Vnbl，并能夠消除復(fù)位電平中的電源噪聲AVnl。Vnbl = AX {Vrefl+Δ Vnl-(Vclmp+Δ Vnl)} ......(34)并且，從差動放大器ΑΜΡ21輸出的ΝΒ3電壓Vnbl通過變換器INV輸入計(jì)數(shù)器CN， 由計(jì)數(shù)器CN進(jìn)行減計(jì)數(shù)，由此進(jìn)行復(fù)位電平的數(shù)字采樣。其中，在Vrefl < Vclmp時，從差 動放大器ΑΜΡ21輸出的ΝΒ3電壓Vnbl反轉(zhuǎn)(時刻Τ24)，計(jì)數(shù)器CN停止減計(jì)數(shù)。另外，由于 電源噪聲對NC3電壓和ND3電壓沒有影響，所以電源噪聲AVnl的影響不會波及到計(jì)數(shù)器 CN的計(jì)數(shù)值。并且，若復(fù)位電平的數(shù)字采樣結(jié)束，通過斜波發(fā)生電路44使斜波信號線NREF3的 電壓上升為基準(zhǔn)電壓(時刻Τ25)。然后，若向讀出信號線RD輸出讀出脈沖(時刻Τ26)，圖2所示的讀出晶體管Ml導(dǎo) 通。并且，在讀出晶體管Ml導(dǎo)通時，與儲存在光電二極管PD中的電荷量對應(yīng)的電壓施加給轉(zhuǎn)發(fā)晶體管M4的柵極。其中，源極跟隨器由轉(zhuǎn)發(fā)晶體管M4和電流源17構(gòu)成，所以在與儲存 在光電二極管PD中的電荷量對應(yīng)的電壓施加給轉(zhuǎn)發(fā)晶體管M4的柵極時，垂直信號線NSIG 的電壓跟隨該電壓，垂直信號線NSIG的電壓轉(zhuǎn)移至讀出電平(時刻T27)。并且，在通過信號轉(zhuǎn)換電路42進(jìn)行讀出電平的數(shù)字采樣的情況下，再次從斜波發(fā) 生電路44向斜波信號線NREF3輸出電壓與時間成比例地減小的斜波信號(時刻T28 T30)。其中，在時刻T28 T30，把由斜波發(fā)生電路44產(chǎn)生的斜波信號的電壓設(shè) 為Vref2，把重疊在斜波信號中的電源噪聲設(shè)為Δ Vn2，斜波信號線NREF3的電壓成為 Vref2+AVn20 另一方面，把讀出電平設(shè)為Vrd，由于下面的式(35)成立，所以能夠按照下面的式 (36)計(jì)算此時的NA3電壓Vna2。CplX (Vrst-Vclmp) = CplX (Vrd+Δ Vn2-Vna2) ......(35) Vna2 = Vclmp- {Vrst- (Vrd+ Δ Vn2)}......(36)結(jié)果，把差動放大器AMP21的增益設(shè)為A，能夠按照下面的式(37)計(jì)算從差動放大 器AMP21輸出的NB3電壓Vnb2，并能夠消除讀出電平中的電源噪聲AVn2。Vnb2 = AX (Vref2+ Δ Vn2_Vna2)= AX {Vref2- {Vclmp- (Vrst-Vrd)}}......(37)并且，從差動放大器AMP21輸出的NB3電壓Vnb2通過變換器INV輸入計(jì)數(shù)器CN，由 計(jì)數(shù)器CN進(jìn)行增計(jì)數(shù)，由此進(jìn)行讀出電平的數(shù)字采樣。其中，在Vref2< Vclmp-(Vrst-Vrd) 時，從差動放大器AMP21輸出的NB3電壓Vnb2反轉(zhuǎn)(時刻T29)，計(jì)數(shù)器CN停止增計(jì)數(shù)。另 夕卜，由于電源噪聲對NC3電壓和ND3電壓沒有影響，所以電源噪聲Δνη2的影響不會波及到 計(jì)數(shù)器CN的計(jì)數(shù)值。并且，若讀出電平的數(shù)字采樣結(jié)束，通過斜波發(fā)生電路44使斜波信號線NREF3的 電壓上升為基準(zhǔn)電壓(時刻Τ30)。由此，不需設(shè)計(jì)圖3所示的基準(zhǔn)電壓生成電路24，即可消除重疊在信號成分中的 電源噪聲AVnl、Δ Vn2，能夠抑制處理所需要的時間，并提高畫質(zhì)。另外，在上述的第7實(shí)施方式中，說明了在差動放大器AMP21的后級設(shè)置變換器 INV的方法，但也可以不使用變換器INV、開關(guān)S22和電容器CAP22。并且，在上述的第7實(shí)施方式中，說明了在信號轉(zhuǎn)換電路42內(nèi)設(shè)置計(jì)數(shù)器CN的方 法，但也可以設(shè)置與信號轉(zhuǎn)換電路42獨(dú)立的計(jì)數(shù)器CN。(第8實(shí)施方式)圖18是表示在本發(fā)明的第8實(shí)施方式的信號轉(zhuǎn)換電路中適用的電源噪聲消除電 路的結(jié)構(gòu)概況的框圖。在圖18中，在該電源噪聲消除電路中取代圖16所示的電源噪聲加法電路43而設(shè) 有電源噪聲加法電路43’，并另外設(shè)有寄存器46。其中，在電源噪聲加法電路43’設(shè)有可變 電容CH21、CH22。并且，可變電容CH21的一端與電源連接，并且可變電容CH22的一端接地。 并且，可變電容CH21的另一端和可變電容CH22的另一端與斜波發(fā)生電路44連接。并且，寄存器46能夠通過電容選擇線NRKk-1:0>選擇可變電容CH21的值，并且 通過電容選擇線NR2<k-l:0>選擇可變電容CH22的值。
圖19是表示圖18所示的電源噪聲加法電路的電路結(jié)構(gòu)的一例的圖。在圖19中，在可變電容CH21設(shè)有電容器Ctl Clri，在可變電容CH22設(shè)有電容器 cQ’ CV1 ’。并且，電容器Ctl CV1的一端與電源連接，并且電容器(V ck_/的一端接地。 并且，電容器Ctl Clri的另一端分別通過開關(guān)SWtl SWlri與斜波發(fā)生電路44連接，電容器 C。’ Ck_/的另一端分別通過開關(guān)SWtl’ SWk_/與斜波發(fā)生電路44連接。并且，能夠?qū)拇嫫?6設(shè)定0 2k_i的任一個值。并且，如圖7所示，根據(jù)對寄存 器46設(shè)定的值，分別使開關(guān)SWtl SWk+ Sff0' SWk_/導(dǎo)通或斷開，由此電容器Ctl Cm、 C?！?Ck_/與斜波發(fā)生電路44連接，并能夠改變施加給斜波 發(fā)生電路44的電容。其中，優(yōu) 選將寄存器46的值設(shè)定為使可變電容CH21、CH22的值與圖2所示的寄生電容CF1、CF2 — 致。另外，圖18所示的電源噪聲消除電路能夠按照圖17所示的時序圖動作。其中，在 圖17中的時刻T21，把垂直信號線NSIG的復(fù)位電平設(shè)為Vrst、把斜波信號線NREF3的電壓 設(shè)為Vclmp，把電容器CAP21的電容設(shè)為Cpl，能夠?qū)﹄娙萜鰿AP21充電Cpl X (Vrst-Vclmp) 的電荷。并且，把在時刻T23的斜波信號的電壓設(shè)為Vrefl，把電源噪聲設(shè)為β X AVnl。其 中，β表示電源噪聲加法電路43’的增益。并且，把像素15的增益設(shè)為α，輸出給垂直信 號線NSIG的電源噪聲為α X Δ Vnl。此時，把差動放大器ΑΜΡ21的增益設(shè)為Α，能夠按照下面的式(38)計(jì)算ΝΒ3電壓 Vnb 1。Vnbl = AX {Vrefl+β X Δ Vnl-(Vclmp+α X AVnl)} ......(38)其中，通過調(diào)整電源噪聲加法電路43’的增益β，使β = α，能夠消除電源噪聲 AVnl。并且，在時刻Τ28，把輸出給斜波信號線NREF3的斜波電壓設(shè)為Vref2，把電源噪聲 設(shè)為β X Δ Vn2，把輸出給垂直信號線NSIG的讀出電平的電壓設(shè)為Vrd，把電源噪聲設(shè)為 α X Δ Vn2，能夠按照下面的式(39)計(jì)算NA3電壓Vna2。Vna2 = Vclmp- {Vrst- (Vrd+ α X Δ Vn2)}......(39)結(jié)果，能夠按照下面的式(40)計(jì)算NB3電壓Vnb2。Vnb2 = AX {Vref2-{Vclmp-(Vrst-Vrd)+(β - α ) X AVn2}}......(40)其中，通過調(diào)整電源噪聲加法電路43’的增益β，使β = α，能夠消除電源噪聲 Δνη2。其中，通過改變寄存器46的值，能夠改變可變電容CH21、CH22的值。因此，在圖2 所示的寄生電容CF1、CF2具有偏差的情況下，不需設(shè)計(jì)圖3所示的基準(zhǔn)電壓生成電路24， 即可消除重疊在信號成分中的電源噪聲Δνη 、AVn20(第9實(shí)施方式)圖20是表示在本發(fā)明的第9實(shí)施方式的信號轉(zhuǎn)換電路中適用的電源噪聲消除電 路的結(jié)構(gòu)概況的框圖。在圖20中，在該電源噪聲消除電路中取代圖18所示的電源噪聲加法電路43’而 設(shè)有電源噪聲加法電路43”。其中，電源噪聲加法電路43”在電源噪聲加法電路43’的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，另外設(shè)有緩沖器47。并且，緩沖器47插入在可變電容CH22和斜波發(fā)生電路44之 間。圖21是表示圖20所示的電源噪聲加法電路的電路結(jié)構(gòu)的一例的圖。在圖21中，圖8所示的電源噪聲加法電路43”在圖19所示結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，還設(shè)有 緩沖器47。并且，緩沖器47插入在開關(guān)SWc/和圖20所示的斜波發(fā)生電路44之間。
另外，圖20所示的電源噪聲消除電路能夠按照圖17所示的時序圖動作。并且， 在時刻T21，把垂直信號線NSIG的復(fù)位電平設(shè)為Vrst，把斜波信號線NREF3的電壓設(shè)為 VcImp，把電容器CAP21的電容設(shè)為Cpl，能夠?qū)﹄娙萜鰿AP21充電Cpl X (Vrst-Vclmp)的電 荷。并且，在時刻T23，把斜波信號的電壓設(shè)為Vrefl，把電源噪聲設(shè)為β X AVnl0其 中，β表示電源噪聲加法電路43”的增益。并且，把像素15的增益設(shè)為α，輸出給垂直信 號線NSIG的電源噪聲為α X Δ Vnl。此時，把差動放大器ΑΜΡ21的增益設(shè)為Α，能夠按照式(38)計(jì)算ΝΒ3電壓Vnbl。其 中，通過調(diào)整電源噪聲加法電路43”的增益β，使β = α，能夠消除電源噪聲AVnl。并且，在時刻Τ28，把輸出給斜波信號線NREF3的斜波電壓設(shè)為Vref2，把電源噪 聲設(shè)為β X Δ Vn2，把輸出給垂直信號線NSIG的讀出電平的電壓設(shè)為Vrd，電源噪聲設(shè)為 α X Δνη2，能夠按照式(40)計(jì)算ΝΒ3電壓Vnb2。其中，通過調(diào)整電源噪聲加法電路43”的 增益β，使β = α，能夠消除電源噪聲Δνη2。其中，通過在可變電容CH22和斜波發(fā)生電路44之間插入緩沖器47，能夠使電源 噪聲加法電路43”不受斜波信號線NREF3的寄生電容的影響，能夠使從電源噪聲加法電路 43”輸出的電源噪聲的精度保持一定。本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠容易導(dǎo)出其他效果和變形示例。因此，本發(fā)明的更多方式不 限于如上所述說明并記述的特定的具體及代表性的實(shí)施方式。因此，能夠在不脫離利用附 帶的權(quán)利要求書及其同等物定義的總括性的發(fā)明的概念精神或范圍的情況下，實(shí)現(xiàn)各種變 更方式。
權(quán)利要求
一種電源噪聲消除電路，其特征在于，包括基準(zhǔn)電壓生成電路，生成基準(zhǔn)電壓；電源噪聲加法電路，把重疊在電源上的電源噪聲和上述基準(zhǔn)電壓相加；以及差動放大器，把從攝像元件的各像素讀出的讀出信號與加上了上述讀出時的電源噪聲的基準(zhǔn)電壓之間的差分放大。
2.如權(quán)利要求1所述的電源噪聲消除電路，其特征在于，上述差動放大器把從上述攝像元件的各像素讀出而在第一采樣時刻采樣的采樣信號、 與加上了上述第一采樣時刻的電源噪聲的基準(zhǔn)電壓之間的差分放大。
3.如權(quán)利要求1所述的電源噪聲消除電路，其特征在于， 上述電源噪聲加法電路是與上述電源連接的可變電容。
4.如權(quán)利要求3所述的電源噪聲消除電路，其特征在于，上述可變電容的值設(shè)定為與上述像素和電源線或接地線之間的寄生電容的值一致。
5.如權(quán)利要求1所述的電源噪聲消除電路，其特征在于， 上述電源噪聲加法電路包括多個電容器，互相并聯(lián)地與電源線或接地線連接；以及開關(guān)，從上述多個電容器之中選擇與傳送基準(zhǔn)電壓的放大器基準(zhǔn)電壓線連接的電容o
6.如權(quán)利要求5所述的電源噪聲消除電路，其特征在于， 還包括在上述開關(guān)和上述差動放大器之間插入的緩沖器。
7.如權(quán)利要求5所述的電源噪聲消除電路，其特征在于， 還包括存儲使上述開關(guān)導(dǎo)通或斷開的值的寄存器。
8.一種電源噪聲消除電路，其特征在于，包括 基準(zhǔn)電壓生成電路，生成基準(zhǔn)電壓；電源噪聲加法電路，把重疊在電源上的電源噪聲和上述基準(zhǔn)電壓相加； 電容器，對從攝像元件的各像素讀出并在第一采樣時刻采樣的第一采樣信號與加上了 上述第一采樣時刻的電源噪聲的基準(zhǔn)電壓之間的差分進(jìn)行保持；以及差動放大器，把在從上述攝像元件的各像素讀出并在第二采樣時刻采樣的第二采樣信 號中減去了上述電容器所保持的信號的值、與加上了上述第二采樣時刻的電源噪聲的基準(zhǔn) 電壓之間的差分放大。
9.如權(quán)利要求8所述的電源噪聲消除電路，其特征在于，還包括將斜波信號重疊在從上述攝像元件的各像素讀出的信號上的斜波發(fā)生電路。
10.如權(quán)利要求8所述的電源噪聲消除電路，其特征在于， 上述電源噪聲加法電路是與上述電源連接的可變電容。
11.如權(quán)利要求10所述的電源噪聲消除電路，其特征在于，上述可變電容的值設(shè)定為與上述像素和電源線或接地線之間的寄生電容的值一致。
12.如權(quán)利要求8所述的電源噪聲消除電路，其特征在于， 上述電源噪聲加法電路包括多個電容器，互相并聯(lián)地與電源線或接地線連接；以及開關(guān)，從上述多個電容器之中選擇與傳送基準(zhǔn)電壓的放大器基準(zhǔn)電壓線連接的電容器o
13.如權(quán)利要求12所述的電源噪聲消除電路，其特征在于， 還包括在上述開關(guān)和上述差動放大器之間插入的緩沖器。
14.如權(quán)利要求12所述的電源噪聲消除電路，其特征在于， 還包括存儲使上述開關(guān)導(dǎo)通或斷開的值的寄存器。
15.一種電源噪聲消除電路，其特征在于，包括 斜波發(fā)生電路，產(chǎn)生斜波信號；電源噪聲加法電路，把重疊在電源上的電源噪聲和上述斜波信號相加；以及 差動放大器，把從攝像元件的各像素讀出的讀出信號與加上了上述電源噪聲的斜波信 號之間的差分放大。
16.如權(quán)利要求15所述的電源噪聲消除電路，其特征在于， 上述電源噪聲加法電路是與上述電源連接的可變電容。
17.—種固體攝像裝置，其特征在于，包括 像素陣列，以矩陣狀配置像素；垂直信號線，沿垂直方向轉(zhuǎn)發(fā)從所述像素讀出的信號； 電源線，向所述像素提供電源；基準(zhǔn)電壓生成電路，生成基準(zhǔn)電壓并輸出給放大器基準(zhǔn)電壓線；電源噪聲加法電路，將重疊在所述電源中的電源噪聲輸出給所述放大器基準(zhǔn)電壓線；以及差動放大器，將從所述像素陣列的各像素讀出的讀出信號與加上了所述讀出時的電源 噪聲的基準(zhǔn)電壓之間的差分放大。
18.如權(quán)利要求17所述的固體攝像裝置，其特征在于，包括 斜波發(fā)生電路，向斜波信號線輸出斜波信號；第1電容器，保持與從所述斜波信號線提供的鉗位電壓和所述像素的讀出電平的電壓 之間的電壓差對應(yīng)的電荷；以及第2電容器，保持與在所述基準(zhǔn)電壓上加上了所述電源噪聲的電壓和所述像素的復(fù)位 電平的電壓之間的電壓差對應(yīng)的電荷；若讀出電平的采樣結(jié)束，則所述斜波發(fā)生電路使所述斜波信號線的電位暫時下降后按 一定的比例上升，并對從所述斜波信號線的電位變得與鉗位電壓相等的時刻、到所述第2 電容器的端子電壓變得與所述放大器基準(zhǔn)電壓線的電壓相等的時刻為止的時鐘進(jìn)行計(jì)數(shù)， 由此把從所述像素讀出的信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的固體攝像裝置，其特征在于，包括第1開關(guān)，連接在所述垂直信號線和所述第1電容器的一端之間，并且連接在所述垂直 信號線和所述第2電容器的一端之間；第2開關(guān)，連接在所述第1電容器的另一端和所述斜波信號線之間； 第3開關(guān)，連接在所述差動放大器的輸出端子和所述差動放大器的反轉(zhuǎn)輸入端子之 間，并且連接在所述差動放大器的輸出端子和所述第2電容器的另一端之間；第4開關(guān)，連接在所述電源噪聲加法電路的輸出端子和所述放大器基準(zhǔn)電壓線之間；以及開關(guān)控制電路，進(jìn)行所述第1開關(guān)、所述第2開關(guān)、所述第3開關(guān)和所述第4開關(guān)的導(dǎo) 通/斷開控制。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的固體攝像裝置，其特征在于，所述開關(guān)控制電路在進(jìn)行復(fù)位電平的采樣時，使所述第1開關(guān)、所述第3開關(guān)和所述第 4開關(guān)導(dǎo)通，然后使所述第3開關(guān)斷開，所述開關(guān)控制電路在進(jìn)行讀出電平的采樣時，在使 所述第2開關(guān)導(dǎo)通的狀態(tài)下，使所述第1開關(guān)和所述第4開關(guān)斷開。
全文摘要
本發(fā)明提供一種電源噪聲消除電路及固體攝像裝置，基準(zhǔn)電壓生成電路生成基準(zhǔn)電壓并輸出給放大器基準(zhǔn)電壓線，電源噪聲加法電路將重疊在電源中的電源噪聲加到由基準(zhǔn)電壓生成電路生成的基準(zhǔn)電壓上，差動放大器將垂直信號線的電壓與放大器基準(zhǔn)電壓線的電壓之間的差分放大。
文檔編號H04N5/3745GK101860665SQ20101013587
公開日2010年10月13日 申請日期2010年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月13日
發(fā)明者岡元立太, 小田俊一 申請人:株式會社東芝