斜坡信號發(fā)生電路及包括該電路的圖像傳感器和攝像裝置制造方法
【專利摘要】斜坡信號發(fā)生電路(130)包括參考電壓發(fā)生部(134)，該參考電壓發(fā)生部(134)在模數(shù)轉(zhuǎn)換電路(120)進(jìn)行比較動作之前，將參考信號(Vr)的電壓變成對參考信號(Vr)和模擬輸入信號(Vs1～Vsn)之間的電壓差進(jìn)行補(bǔ)償?shù)谋容^器設(shè)定電壓(VR)，并隨著開始比較動作，以比較器設(shè)定電壓(VR)為起點(diǎn)輸出斜坡信號，并且具有在比較動作之前對比較器設(shè)定電壓(VR)加上規(guī)定的增強(qiáng)電壓(VA)的功能。
【專利說明】斜坡信號發(fā)生電路及包括該電路的圖像傳感器和攝像裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種圖像傳感器及攝像裝置，特別是涉及一種向該圖像傳感器及攝像元件所具有的單斜率型(Single slope)(還能稱作積分型或計(jì)數(shù)型)模數(shù)轉(zhuǎn)換電路(在下文中記作ADC(Analog-to_Digital Converter))輸出參考信號的斜坡信號發(fā)生電路。
【背景技術(shù)】
[0002]迄今為止，米用列并行AD轉(zhuǎn)換方式(column parallel AD conversio η)的圖像傳感器正得到開發(fā)和應(yīng)用，在該列并行AD轉(zhuǎn)換方式下，對應(yīng)著圖像傳感器的像素陣列中的每一列分別設(shè)置ADC，并在水平掃描期間內(nèi)一次對像素陣列的一行像素輸出信號進(jìn)行AD(Analog-to-Digital)轉(zhuǎn)換處理。在該列并行AD轉(zhuǎn)換方式下，由于受到由像素間距決定的各列面積的制約，一般經(jīng)常使用電路規(guī)模較小的單斜率型ADC(例如專利文獻(xiàn)I)。單斜率型ADC使與計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值相關(guān)的斜坡信號作為參考信號輸入ADC的比較器中，并根據(jù)模擬輸入信號(像素輸出信號)與該參考信號相一致時的計(jì)數(shù)值，將AD轉(zhuǎn)換結(jié)果作為數(shù)字信號輸出。
[0003]圖12是表示現(xiàn)有圖像傳感器的結(jié)構(gòu)示例的方框圖。
[0004]列并行ADC (單斜率型ADC) 620包括比較器660 (661~66p) (P為自然數(shù))和計(jì)數(shù)器670(671~67?)。并且，列并行ADC620在比較器660中對從斜坡信號發(fā)生電路630輸出的參考信號Vr和從像素陣列610輸出的像素信號Vsl~Vsp進(jìn)行比較，并根據(jù)由計(jì)數(shù)器670(671~67p)對比較結(jié)果Vcl~Vcp進(jìn)行計(jì)數(shù)的結(jié)果，輸出AD轉(zhuǎn)換結(jié)果(數(shù)字信號)。
[0005]安裝在圖像傳感器中的列并行ADC620通過一般被稱作數(shù)字CDS (CorrelatedDouble Sampling:相關(guān)雙采樣)的一系列動作進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換。數(shù)字⑶S是通過進(jìn)行像素信號Vsl~Vsp的復(fù)位電平的AD轉(zhuǎn)換 和信號電平的AD轉(zhuǎn)換這兩次AD轉(zhuǎn)換，將這兩次AD轉(zhuǎn)換的差作為像素信號Vsl~Vsp的AD轉(zhuǎn)換結(jié)果,來抑制起因于像素陣列610的像素及比較器660的特性偏差的固定模式噪聲。
[0006]利用圖13的時序圖對數(shù)字CDS的動作情況進(jìn)行具體的說明。
[0007]首先，在從時刻T30到時刻T31的期間，復(fù)位電平電壓Vl作為像素信號Vsx (x =I~P)被從像素陣列610中輸出。斜坡信號發(fā)生電路630所輸出的參考信號Vr被設(shè)定成預(yù)先由控制電路640設(shè)定好的起始電壓VI。在該狀態(tài)下，控制電路640將復(fù)位信號CRST設(shè)定為“L”，使比較器660復(fù)位。具體而言，例如圖14所示，比較器66x(x = I~P)由包括輸入電容3a、3b的差分放大器和包括輸入電容3c的反相(INV)放大器3i構(gòu)成。并且,若被輸入復(fù)位信號CRST，復(fù)位晶體管3f、3g、3h就會使差分晶體管3d、3e的柵極和漏級之間以及INV放大器3i的輸入端和輸出端之間產(chǎn)生短路，從而比較器66x被復(fù)位到平衡狀態(tài)。
[0008]在從時刻T31到時刻T32的期間，控制電路640對比較器輸出初始化控制信號Sr進(jìn)行驅(qū)動。于是，斜坡信號發(fā)生電路630將參考信號Vr從起始電壓VI變成比較器初始化電壓VR，并保持該電壓。在此，比較器初始化電壓VR是對比較器66x初始化之后的參考信號Vr與像素信號Vsx之間的電壓差(即，比較動作)進(jìn)行補(bǔ)償?shù)?、比預(yù)先由控制電路640設(shè)定的起始電壓VI高出補(bǔ)償電壓的電壓。由此，比較器66x(x = I?P)就從平衡狀態(tài)被確定(初始化)成比較結(jié)果Vcx(x = I?p)為“H”的狀態(tài)。
[0009]在時刻T32，控制電路640開始驅(qū)動計(jì)數(shù)器用時鐘CK，參考信號Vr成為以比較器初始化電壓VR為起點(diǎn)的傾斜狀斜坡信號。隨著開始輸出斜坡信號，計(jì)數(shù)器67x(x = I?p)從起始計(jì)數(shù)值開始降值計(jì)數(shù)，并開始與第一次AD轉(zhuǎn)換相關(guān)的比較動作。
[0010]在時刻T33,若比較器66x中的參考信號Vr與像素信號Vsx (復(fù)位電平電壓VI)相一致，比較結(jié)果Vcx就轉(zhuǎn)變成“L”，計(jì)數(shù)器67x停止降值計(jì)數(shù)，并保持此時的計(jì)數(shù)值(計(jì)數(shù)寬度 Vd)。
[0011]在從時刻T34到時刻T35的期間，控制電路640再次驅(qū)動比較器輸出初始化控制信號Sr。于是，斜坡信號發(fā)生電路630再次將參考信號Vr變成比較器初始化電壓VR，由此比較結(jié)果Vcx (X = I?P)被初始化到“H”狀態(tài)。從像素陣列610中輸出已變成復(fù)位電平電壓V2的像素信號Vsx，并保持待機(jī)直到狀態(tài)穩(wěn)定為止。
[0012]在時刻T35，控制電路640開始驅(qū)動計(jì)數(shù)器用時鐘CK，參考信號Vr成為以比較器初始化電壓VR為起點(diǎn)的傾斜狀斜坡信號。并且，隨著開始輸出斜坡信號，計(jì)數(shù)器67x以在第一次AD轉(zhuǎn)換中保持的計(jì)數(shù)值為起點(diǎn)開始升值計(jì)數(shù)，并開始與第二次AD轉(zhuǎn)換相關(guān)的比較動作。
[0013]在時刻T36,若比較器66x中的參考信號Vr與像素信號Vsx (復(fù)位電平電壓V2)相一致，比較結(jié)果Vcx就轉(zhuǎn)變成“L”，計(jì)數(shù)器67x停止升值計(jì)數(shù)，并保持此時的計(jì)數(shù)值。該時刻T33的計(jì)數(shù)值與時刻T36的計(jì)數(shù)值之差等于第一次AD轉(zhuǎn)換與第二次AD轉(zhuǎn)換之間的差值，即成為像素信號Vsx的振幅之差(V1-V2)的AD轉(zhuǎn)換結(jié)果。
[0014]近年來，在數(shù)字相機(jī)系統(tǒng)中，像素的數(shù)量正在進(jìn)一步增加。借助高清晰度視頻攝像功能的安裝等，得以推進(jìn)驅(qū)動圖像傳感器的高速化。在該高速化下，使用上述數(shù)字CDS的AD轉(zhuǎn)換存在下述問題，從而提出了用以解決該問題的技術(shù)方案。
[0015]例如，伴隨上述高速化，應(yīng)用了使用時鐘的上升沿和下降沿這兩沿時間的DDR(D0uble-Data-Rate，雙數(shù)據(jù)速率)方式。在上述示例(專利文獻(xiàn)I)中，時鐘信號線將同一時鐘供向斜坡信號發(fā)生電路630和計(jì)數(shù)器670。為此，就要在很長的距離上設(shè)置時鐘信號線。并且，若該時鐘的頻率增大，起因于布線電阻以及/或者布線電容的負(fù)載就會引起時鐘波形鈍化以及占空比劣化，從而存在AD轉(zhuǎn)換的DNL(Differential Non-Linearity,微分非線性)特性劣化的問題。
[0016]于是，在專利文獻(xiàn)2中公開了下述技術(shù)，即:對供向斜坡信號發(fā)生電路的時鐘進(jìn)行分頻使其頻率降低，并將低通濾波器(LPF(Low Pass Filter))插入斜坡信號發(fā)生電路的輸出信號線中，對斜坡信號波形進(jìn)行平滑。由此，能夠防止起因于時鐘波形鈍化及占空比劣化的DNL特性劣化。
[0017]如上所述，數(shù)字CDS的AD轉(zhuǎn)換是經(jīng)兩次AD轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)的，不過從實(shí)現(xiàn)高速驅(qū)動的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選能夠盡量縮短AD轉(zhuǎn)換期間。
[0018]于是，在專利文獻(xiàn)3中，作為縮短數(shù)字CDS的AD轉(zhuǎn)換期間的技術(shù)，公開了在斜波(ramp wave)發(fā)生期間(例如圖13的降值計(jì)數(shù)期間及升值計(jì)數(shù)期間)中加大斜波的線性期間的技術(shù)。具體而言，斜坡信號發(fā)生電路的輸出部由緩沖器驅(qū)動，且連接有很多ADC。并且，在設(shè)置于該斜坡信號發(fā)生電路的輸出部中的緩沖器的輸入部設(shè)置有用以平滑毛刺噪聲(glitch noise)的LPF。通過切換該毛刺平滑用LPF的時間常數(shù)，從而能夠改善斜波輸出開始時的鈍化。
[0019]在專利文獻(xiàn)4中，作為改善斜波發(fā)生器的高速響應(yīng)性的技術(shù)，公開了一種通過在相同時刻使斜波與矩形波相加而能實(shí)現(xiàn)高速斜波發(fā)生的技術(shù)。
[0020]專利文獻(xiàn)1:日本公開特許公報(bào)特開2006-340044號公報(bào)
[0021]專利文獻(xiàn)2:日本公開特許公報(bào)特開2009-077172號公報(bào)
[0022]專利文獻(xiàn)3:美國專利申請公開第2010/0271248號說明書
[0023]專利文獻(xiàn)4:日本公開特許公報(bào)特開2006-337139號公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0024]一發(fā)明所要解決的技術(shù)問題一
[0025]不過，在上述現(xiàn)有技術(shù)下，當(dāng)特別是由于布線連接以及/或者伴隨像素?cái)?shù)量增加的ADC增加而導(dǎo)致對參考信號的輸入負(fù)載增大等引起的過大負(fù)載加在參考信號上時，為了同時實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的AD轉(zhuǎn)換和縮短AD轉(zhuǎn)換期間，而存在尚未解決的問題。
[0026]例如，在專利文獻(xiàn)2的結(jié)構(gòu)下，雖然通過對時鐘分頻和插入LPF，能夠抑制由于高速時鐘的波形鈍化引起的線性劣化，但這會助長斜波輸出開始時的波形鈍化，而很難縮短AD轉(zhuǎn)換期間。
[0027]在專利文獻(xiàn)3的結(jié)構(gòu)下，雖然經(jīng)由切換毛刺平滑用LPF的時間常數(shù)，而得以在斜坡信號發(fā)生電路的輸出緩沖器的輸入部中，使斜坡波形的上升響應(yīng)變快，但無法避免由于輸出緩沖器輸出后的布線連接以及ADC的輸入負(fù)載所引起的波形鈍化問題。
[0028]專利文獻(xiàn)4公開了一種改善斜波發(fā)生器的輸出波形的上升響應(yīng)的技術(shù)，而矩形波發(fā)生部及波形加法部等的電路規(guī)模較大，當(dāng)安裝在圖像傳感器及攝像裝置中時就會存在較大的弊病。進(jìn)而，與專利文獻(xiàn)3中的技術(shù)相同，無法避免由于輸出負(fù)載增大(布線連接以及ADC的輸入負(fù)載)所引起的波形鈍化問題。
[0029]下面，利用圖15到圖17，對由于斜坡信號發(fā)生電路的輸出負(fù)載增大(布線連接以及ADC的輸入負(fù)載)所引起的波形鈍化問題進(jìn)行具體的說明。
[0030]圖15是表示安裝在現(xiàn)有圖像傳感器中的列并行ADC620進(jìn)行數(shù)字⑶S的第一次AD轉(zhuǎn)換動作時的參考信號Vr(Vre)的瞬態(tài)特性的圖。
[0031]在時刻T40，從斜坡信號發(fā)生電路630中輸出的參考信號Vr從起始電壓VI變成比較器初始化電壓VR。并且，在時刻T41，以比較器初始化電壓VR為起點(diǎn)，以規(guī)定斜度在時間上產(chǎn)生傾斜的斜坡信號作為參考信號Vr輸出。不過，由于參考信號布線路徑上的負(fù)載以及很多共同連接起來的列并行ADC620的比較器660(661?66p)的負(fù)載，例如離斜坡信號發(fā)生電路630最遠(yuǎn)的那一列的比較器66p的輸入部中的參考信號Vre就成為具有圖15中用粗實(shí)線示出的瞬態(tài)特性的信號，該參考信號Vre被傳送到比較器66p中。
[0032]在此，為了能夠準(zhǔn)確地進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，需要相對于計(jì)數(shù)器670的一個計(jì)數(shù)期間而言參考信號Vre發(fā)產(chǎn)生變化的電壓寬度一定(也就是說，參考信號Vre的傾斜到達(dá)直線區(qū)域)。不過，在圖15中參考信號Vre的傾斜到達(dá)直線區(qū)域的點(diǎn)為A點(diǎn),在到達(dá)A點(diǎn)為止的這段期間都沒有準(zhǔn)確地進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換。
[0033]不過，在圖15的示例中，由于參考信號Vre在成為起始電壓VI之前到達(dá)了直線區(qū)域，因而能夠準(zhǔn)確地進(jìn)行數(shù)字⑶S的第一次AD轉(zhuǎn)換。
[0034]具體而言，數(shù)字⑶S的第一次AD轉(zhuǎn)換是對幾乎沒有因入射光量而產(chǎn)生變化的像素信號的復(fù)位電平進(jìn)行轉(zhuǎn)換，并且比較器660構(gòu)成為包括圖14所示的輸入電容3a、3b。并且，由于比較器660先被初始化以后再進(jìn)行比較動作，因而理想的是在輸入到列并行ADC620中的參考信號Vre與圖15中的起始電壓VI相等時比較結(jié)束。因此，只要在像素信號Vsx與參考信號Vre相一致時參考信號Vre的斜坡波形的傾斜到達(dá)直線區(qū)域即可。也就是說，在圖15的示例中，由于參考信號Vre在成為起始電壓VI之前就到達(dá)了直線區(qū)域，因而能準(zhǔn)確地進(jìn)行數(shù)字⑶S的第一次AD轉(zhuǎn)換。
[0035]圖16是表示圖15的參考信號Vr與參考信號Vre之間的差分特性的圖。能將該差成為規(guī)定值的時刻看作到達(dá)了直線區(qū)域的時刻，因而與圖15相同可以說在A點(diǎn)到達(dá)了直線區(qū)域。
[0036]不過，在進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了高速化的情況下(例如在縮短了圖15中比較器初始化電壓VR的輸出期間(T40?T41的期間)的情況下)，在斜坡信號發(fā)生電路630開始輸出斜坡信號時參考信號Vre就會從低于C點(diǎn)的電壓(遠(yuǎn)離比較器初始化電壓VR的電壓)開始躍變。也就是說，到達(dá)直線區(qū)域的期間要晚于A點(diǎn)。
[0037]可以認(rèn)為:在圖像傳感器的像素?cái)?shù)量增加了的情況下，也會出現(xiàn)同樣的問題，并且由于起因于所連接的列并行ADC620的比較器660以及/或者布線增加的負(fù)載增大所造成的參考信號Vre延遲會進(jìn)一步增大。因此，在圖15中，當(dāng)參考信號Vre的電壓達(dá)到起始電壓VI時，就可能出現(xiàn)參考信號Vre未到達(dá)直線區(qū)域的狀態(tài)。
[0038]下面，詳細(xì)說明這種狀態(tài)對AD轉(zhuǎn)換特性造成的影響。
[0039]圖17是表示圖15的狀態(tài)下參考信號Vre的電壓波形與AD轉(zhuǎn)換特性之間的關(guān)系的圖。在圖17中，例如當(dāng)數(shù)字CDS的第二次AD轉(zhuǎn)換時的像素信號的信號電平為暗時(作為電壓來說是接近復(fù)位電平的電壓)，比較結(jié)束時(D點(diǎn))的斜坡信號的傾斜就處于比理想更為平緩的狀態(tài)，相對于一個計(jì)數(shù)期間而言參考信號Vre的變化較小。也就是說，AD轉(zhuǎn)換的計(jì)數(shù)數(shù)量增大，AD轉(zhuǎn)換增益處于比理想更高的狀態(tài)(F點(diǎn))。另一方面，當(dāng)上述信號電平為標(biāo)準(zhǔn)時(一般來說為數(shù)百mV左右)，比較結(jié)束時(E點(diǎn))的斜坡信號的傾斜與理想的參考信號(參考信號Vr)相等，因而AD轉(zhuǎn)換增益與理想的增益相等(G點(diǎn))。
[0040]如上所述，若在參考信號Vre的電壓達(dá)到了起始電壓VI時參考信號Vre未到達(dá)直線區(qū)域，則在像素信號Vsx的振幅較小的范圍內(nèi)，列并行ADC620的線性就會產(chǎn)生劣化。
[0041]本發(fā)明正是鑒于所述問題而完成的，其目的在于:提供一種斜坡信號發(fā)生電路，該斜坡信號發(fā)生電路在單斜率型ADC的AD轉(zhuǎn)換中，特別是在由于布線連接以及ADC的輸入負(fù)載等引起的過大負(fù)載加在參考信號上的情況下，也能夠?qū)崿F(xiàn)準(zhǔn)確的AD轉(zhuǎn)換，同時還能夠縮短AD轉(zhuǎn)換所需的時間。
[0042]一用以解決技術(shù)問題的技術(shù)方案一
[0043]本發(fā)明的一個形態(tài)為:一種斜坡信號發(fā)生電路，其將以規(guī)定斜度在時間上產(chǎn)生傾斜的斜坡信號作為參考信號向單斜率型模數(shù)轉(zhuǎn)換電路輸出，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路具有在一輸入端接收所述參考信號并在另一輸入端接收模擬輸入信號的比較器，并根據(jù)由所述比較器進(jìn)行的比較動作的結(jié)果，將所述模擬輸入信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。并且，所述斜坡信號發(fā)生電路包括參考電壓發(fā)生部，該參考電壓發(fā)生部在所述比較動作之前，將所述參考信號的電壓變成對所述比較器的所述一輸入端和所述另一輸入端的電壓差進(jìn)行補(bǔ)償?shù)谋容^器設(shè)定電壓，并隨著開始所述比較動作，以所述比較器設(shè)定電壓為起點(diǎn)輸出所述斜坡信號，并且，所述斜坡信號發(fā)生電路具有:在所述比較動作之前對所述比較器設(shè)定電壓加上規(guī)定的增強(qiáng)電壓的功能。
[0044]由此，在模數(shù)轉(zhuǎn)換電路(ADC)進(jìn)行比較動作之前，參考信號的電壓變成對ADC的比較器的兩個輸入端的電壓差進(jìn)行補(bǔ)償?shù)?、即對比較動作進(jìn)行補(bǔ)償?shù)谋容^器設(shè)定電壓，并被加上規(guī)定的增強(qiáng)電壓，該電壓就作為參考信號輸出。由此，不僅由于對比較器的兩個輸入端的電壓差進(jìn)行補(bǔ)償而能實(shí)現(xiàn)對比較器的比較動作的補(bǔ)償，而且即使在施加了由于布線連接以及ADC的輸入負(fù)載等引起的過大負(fù)載的情況下，也能對ADC的比較器的輸入部中參考信號的上升進(jìn)行支持。由此，能夠使在斜坡信號發(fā)生電路的輸出部與ADC的比較器的輸入部中斜坡信號的傾斜大致相等為止的期間縮短。也就是說，能夠?qū)崿F(xiàn)準(zhǔn)確的AD轉(zhuǎn)換，同時還能夠縮短AD轉(zhuǎn)換所需的時間。
[0045]并且，上述形態(tài)的斜坡信號發(fā)生電路優(yōu)選:具有對從所述比較動作開始前將所述參考信號的電壓變成所述比較器設(shè)定電壓以及加上所述增強(qiáng)電壓起到開始輸出所述斜坡信號為止的期間進(jìn)行改變的功能。
[0046]由此，能夠使對從加上增強(qiáng)電壓起到開始輸出斜坡信號為止的這段期間長度的控制、與對增強(qiáng)電壓的電壓值的控制結(jié)合起來進(jìn)行。由此，能夠?qū)D轉(zhuǎn)換期間調(diào)整成最短時間。
[0047]所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路也可以是這樣的，即:該模數(shù)轉(zhuǎn)換電路具有對所述比較器的比較時間進(jìn)行計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)器，并根據(jù)由所述計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)的結(jié)果，生成所述數(shù)字信號。并且，上述形態(tài)的斜坡信號發(fā)生電路優(yōu)選:具有相對于所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路所具有的計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)開始時刻，改變所述斜坡信號的輸出開始時刻的功能。
[0048]由此，能夠?qū)募由显鰪?qiáng)電壓起到開始輸出斜坡信號為止的這段期間的長度進(jìn)行控制，并且能夠相對于ADC所具有的計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)開始時刻來設(shè)定斜坡信號的輸出開始時亥IJ。由此，在斜坡信號發(fā)生電路所輸出的斜坡波形的傾斜較平緩的情況(即AD轉(zhuǎn)換增益較高的情況)下，當(dāng)輸入ADC的比較器中的參考信號的振幅較小時，能夠很難產(chǎn)生在規(guī)定的降值計(jì)數(shù)期間內(nèi)AD轉(zhuǎn)換未結(jié)束的情況。
[0049]上述形態(tài)的斜坡信號發(fā)生電路也可以是這樣的，即:其包括時間差測量部、時間差比較部及增強(qiáng)電壓控制部，該時間差測量部對從所述參考電壓發(fā)生部的輸出電壓到達(dá)規(guī)定電壓時起到所述比較器的所述一輸入端上的電壓到達(dá)所述規(guī)定電壓時為止的時間差進(jìn)行測量，該時間差比較部對由所述時間差測量部測量到的所述斜坡信號輸出期間初期的所述時間差即第一時間差、與由該時間差測量部測量到的所述斜坡信號的傾斜穩(wěn)定時的所述時間差即第二時間差進(jìn)行比較，該增強(qiáng)電壓控制部根據(jù)由所述時間差比較部進(jìn)行比較的結(jié)果對所述增強(qiáng)電壓進(jìn)行控制，使所述第一時間差和所述第二時間差相一致。
[0050]由此，在斜坡信號的輸出期間的初期和斜坡信號的傾斜穩(wěn)定時，分別對斜坡信號發(fā)生電路的輸出電壓與比較器的一輸入端的電壓達(dá)到規(guī)定電壓時為止的時間差進(jìn)行測量，并根據(jù)對上述所測量到的時間差進(jìn)行比較的結(jié)果，來控制增強(qiáng)電壓。也就是說，能夠根據(jù)該時間差的比較結(jié)果進(jìn)行反饋控制。由此，利用例如攝像裝置的圖像輸出為無效的期間等反復(fù)實(shí)施上述動作，從而能夠?qū)⒃鰪?qiáng)電壓控制在最適當(dāng)?shù)闹瞪?。進(jìn)而，即使在所述電壓路徑上的負(fù)載在裝置間存在偏差的情況下，也能利用反饋控制，獲得使AD轉(zhuǎn)換特性保持良好，同時還能抑制特性偏差的效果。
[0051]上述形態(tài)的斜坡信號發(fā)生電路也可以是這樣的，即:其包括輸出電壓測量部、參考電壓測量部、時間差測量部、電壓比較部以及增強(qiáng)電壓控制部，該輸出電壓測量部對所述參考電壓發(fā)生部的輸出電壓進(jìn)行測量，該參考電壓測量部對所述比較器的所述一輸入端上的電壓進(jìn)行測量，該時間差測量部對從所述參考電壓發(fā)生部的輸出電壓到達(dá)規(guī)定電壓時起到所述比較器的所述一輸入端上的電壓到達(dá)所述規(guī)定電壓時為止的時間差進(jìn)行測量，該電壓比較部對在所述斜坡信號輸出期間初期的規(guī)定時間由所述輸出電壓測量部測量到的第一電壓、與在從所述規(guī)定時間起經(jīng)過了由所述時間差測量部測量到的所述時間差時由所述參考電壓測量部測量到的第二電壓進(jìn)行比較，該增強(qiáng)電壓控制部根據(jù)由所述電壓比較部進(jìn)行比較的結(jié)果對所述增強(qiáng)電壓進(jìn)行控制，使所述第一電壓和所述第二電壓相一致。
[0052]由此，根據(jù)在斜坡信號輸出期間的初期的規(guī)定時間測量到的第一電壓、與在從測量到第一電壓的規(guī)定時間起經(jīng)過了用時間差測量部測量到的時間差時所測得的第二電壓之間的比較結(jié)果，來控制增強(qiáng)電壓。也就是說，能夠根據(jù)該第一電壓與第二電壓之間的比較結(jié)果進(jìn)行反饋控制。由此，利用例如攝像裝置的圖像輸出為無效的期間等反復(fù)實(shí)施上述動作，從而能夠?qū)⒃鰪?qiáng)電壓控制在最適當(dāng)?shù)闹瞪?。進(jìn)而，即使在所述電壓路徑上的負(fù)載在裝置間存在偏差的情況下，也能利用反饋控制，獲得使AD轉(zhuǎn)換特性保持良好，同時還能抑制特性偏差的效果。
[0053]一發(fā)明的效果一
[0054]根據(jù)本發(fā)明，在將斜坡信號作為參考信號向單斜率型ADC輸出的斜坡信號發(fā)生電路中，特別是在信號傳送路徑中存在過大負(fù)載的情況下，也能夠?qū)崿F(xiàn)準(zhǔn)確的AD轉(zhuǎn)換，同時還能夠縮短AD轉(zhuǎn)換所需的時間。
[0055]特別是，通過將本發(fā)明應(yīng)用于安裝在圖像傳感器中的列并行ADC(單斜率型ADC)中，而能夠大幅度縮短降值計(jì)數(shù)的AD轉(zhuǎn)換期間，由此即使像素?cái)?shù)量增加也能夠進(jìn)行高速驅(qū)動。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0056]圖1是示意地示出各個實(shí)施方式所涉及的攝像裝置的方框圖。
[0057]圖2是示意地示出各個實(shí)施方式所涉及的圖像傳感器的方框圖。
[0058]圖3是表示第一實(shí)施方式所涉及的斜坡信號發(fā)生電路的參考信號波形之一例的圖。
[0059]圖4是表示第一實(shí)施方式所涉及的斜坡信號發(fā)生電路中參考信號延遲前后的差分特性的圖。
[0060]圖5是表示第一實(shí)施方式所涉及的斜坡信號發(fā)生電路的結(jié)構(gòu)示例及外圍電路的連接示例的圖。
[0061]圖6是用以說明第一實(shí)施方式所涉及的時間差測量部的動作情況的圖。
[0062]圖7中(a)是表示第一實(shí)施方式所涉及的參考電壓發(fā)生部的結(jié)構(gòu)之一例的圖，(b)是用以說明參考電壓發(fā)生部的動作情況的圖。
[0063]圖8是表示第一實(shí)施方式所涉及的參考電壓發(fā)生部的其它結(jié)構(gòu)示例的圖。[0064]圖9是表示第一實(shí)施方式所涉及的參考電壓發(fā)生部的其它結(jié)構(gòu)示例的圖。
[0065]圖10是表示第二實(shí)施方式所涉及的斜坡信號發(fā)生電路的結(jié)構(gòu)示例及外圍電路的連接示例的圖。
[0066]圖11是用以說明第二實(shí)施方式所涉及的電壓測量部及時間差測量部的動作情況的圖。
[0067]圖12是表示現(xiàn)有圖像傳感器的結(jié)構(gòu)示例的方框圖。
[0068]圖13是用以說明現(xiàn)有圖像傳感器的動作情況的時序圖。
[0069]圖14是表示現(xiàn)有ADC所具有的比較器的內(nèi)部電路之一例的圖。
[0070]圖15是表示現(xiàn)有斜坡信號發(fā)生電路的參考信號波形之一例的圖。
[0071]圖16是表示現(xiàn)有斜坡信號發(fā)生電路中參考信號延遲前后的差分特性的圖。
[0072]圖17是用以說明現(xiàn)有斜坡信號發(fā)生電路中參考信號與ADC的AD轉(zhuǎn)換特性之間關(guān)系的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0073]下面，參照附圖對本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說明。
[0074]在此，數(shù)字⑶S的AD轉(zhuǎn)換由兩次AD轉(zhuǎn)換構(gòu)成，由于第二次AD轉(zhuǎn)換是對像素信號的信號電平進(jìn)行轉(zhuǎn)換，因而需要根據(jù)入射光量對具有各種電壓振幅的信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換，從而在系統(tǒng)上就需要一個相當(dāng)于ADC的所有量子計(jì)數(shù)的期間以作為AD轉(zhuǎn)換期間。相對于此，由于第一次AD轉(zhuǎn)換是對所有像素中幾乎相等的復(fù)位電平進(jìn)行轉(zhuǎn)換，所以能夠在包括降值計(jì)數(shù)寬度偏差的范圍內(nèi)將降值計(jì)數(shù)期間規(guī)定得很短。為此，在下述各個實(shí)施方式中，在數(shù)字CDS進(jìn)行的兩次AD轉(zhuǎn)換中，著眼于對幾乎沒有因入射光量而產(chǎn)生變化的像素信號的復(fù)位電平進(jìn)行轉(zhuǎn)換的第一次AD轉(zhuǎn)換，對縮短該第一次AD轉(zhuǎn)換動作時間的情況進(jìn)行說明。此外，就實(shí)施準(zhǔn)確的AD轉(zhuǎn)換這一點(diǎn)而言，通過實(shí)施下述實(shí)施方式，不僅在數(shù)字CDS的第一次AD轉(zhuǎn)換中，在第二次AD轉(zhuǎn)換中也是有效的。
[0075]<第一實(shí)施方式>
[0076]圖1是示意地示出第一實(shí)施方式所涉及的攝像裝置的方框圖。在圖1中，攝像裝置包括圖像傳感器100和數(shù)字視頻處理裝置200。
[0077]數(shù)字視頻處理裝置200具有微型計(jì)算機(jī)CPU201，利用來自微型計(jì)算機(jī)CPU201的串行控制信號D(m-1:0) (m是2以上的自然數(shù))對圖像傳感器100進(jìn)行控制，并根據(jù)從圖像傳感器100輸入的數(shù)字信號(ADC輸出信號)進(jìn)行視頻信號處理。
[0078]圖2是示意地示出第一實(shí)施方式所涉及的圖像傳感器100的方框圖。在圖2中，圖像傳感器100包括:像素陣列110、列并行ADC (單斜率型ADC) 120、斜坡信號發(fā)生電路130、控制電路140以及控制寄存器150。
[0079]像素陣列110是由光電二極管和放大器構(gòu)成的單位像素呈矩陣狀二維布置而成的，同時并行輸出已在屬于所選一行的η個(η為自然數(shù))單位像素的所對應(yīng)的單位像素中被光電轉(zhuǎn)換了的像素信號Vsl?Vsn。
[0080]在本實(shí)施方式中，作為列并行ADC120使用的是單斜率型ADC。列并行ADC120包括后述比較器160(161?16η)和計(jì)數(shù)器170(171?17η)(參照圖5)。并進(jìn)行下述動作，即:利用各自的比較器160(161?16η)對來自斜坡信號發(fā)生電路130的參考信號Vr(Vre)和從像素陣列110中輸出的模擬輸入信號即像素信號Vsl~Vsn進(jìn)行比較，根據(jù)像素信號Vsl~Vsn與參考信號Vr (Vre)相一致時(后述比較結(jié)果Vcl~Vcn反轉(zhuǎn)時)的計(jì)數(shù)值,輸出AD轉(zhuǎn)換結(jié)果(數(shù)字信號)。
[0081]在圖像傳感器100中，從微型計(jì)算機(jī)CPU201中輸出的串行控制信號D (m_l:0)經(jīng)由控制寄存器150被輸入控制電路140中?？刂齐娐?40對斜坡信號發(fā)生電路130及列并行ADC120進(jìn)行控制。斜坡信號發(fā)生電路130接收來自控制電路140的控制信號后，將以規(guī)定斜度在時間上產(chǎn)生傾斜的斜坡信號作為參考信號Vr輸出。
[0082]圖3是表示在本實(shí)施方式所涉及的參考信號中，斜坡信號發(fā)生電路130的輸出部中的參考信號Vr(下文中稱作參考信號Vr)以及離斜坡信號發(fā)生電路130最遠(yuǎn)的那一列的列并行ADC120的比較器16η的輸入部中參考信號Vre (下文中稱作參考信號Vre)的瞬態(tài)特性示例的圖。在圖3中，細(xì)線表示參考信號Vr，粗線表示參考信號Vre。在時刻T10，斜坡信號發(fā)生電路130根據(jù)來自控制電路140的控制信號，將參考信號Vr從起始電壓VI變成將增強(qiáng)電壓VA加在比較器初始化電壓VR上而得到的比較器初始化電壓VE。在從時刻TlO到時刻Tll的期間，從斜坡信號發(fā)生電路130持續(xù)輸出比較器初始化電壓VE。此時，參考信號Vre受到由于所連接的負(fù)載產(chǎn)生的瞬態(tài)特性的影響，顯示出粗線所示的變化。并且，在將斜坡信號作為參考信號Vr從斜坡信號發(fā)生電路130中輸出的時刻T11，斜坡信號發(fā)生電路130將參考信號Vr從比較器初始化電壓VE變成比較器初始化電壓VR，將斜坡信號作為參考信號Vr輸出。于是，此時參考信號Vre達(dá)到較比較器初始化電壓VR高出電壓AV的斜坡開始電壓Vrs(圖3中的B點(diǎn))。此外，一般來說，在欲使圖3中到達(dá)B點(diǎn)的時刻提前的情況下，通過使開始輸出斜坡信號的時刻和開始后述列并行ADC120的計(jì)數(shù)器170的計(jì)數(shù)時刻提前，并且提高增強(qiáng)電壓VA，即提高比較器初始化電壓VE就能夠?qū)崿F(xiàn)。
[0083]此外，在圖3中，雖然將參考信號Vr變成比較器初始化電壓VR和加上增強(qiáng)電壓VA能夠同時進(jìn)行，不過即使將參考信號Vr變成比較器初始化電壓VR的時刻與加上增強(qiáng)電壓VA的時刻錯開也無妨。
[0084]圖4是表不各個時刻的參考信號Vr與參考信號Vre之差的圖?？梢钥闯?相對于在現(xiàn)有結(jié)構(gòu)下該差到達(dá)直線區(qū)域的點(diǎn)為A點(diǎn)而言，在本實(shí)施方式中在A’點(diǎn)就進(jìn)入了基本呈直線的區(qū)域，直線區(qū)域得以擴(kuò)大。
[0085]下面，對其具體的方法進(jìn)行說明。
[0086]首先，當(dāng)將斜坡信號作為參考信號Vr輸出時，推導(dǎo)出為了使參考信號Vr與參考信號Vre之間的電壓差到達(dá)直線區(qū)域所需的電壓即斜坡開始電壓Vrs。
[0087]在此，若將由于參考信號Vr的布線路徑及列并行ADC120的比較器160的輸入負(fù)載所引起的傳送延遲時間設(shè)為τ，并將斜坡波形(斜坡信號)的斜率設(shè)為Gr，則直線區(qū)域中任意時刻的電壓差Λ Vr便成為:
[0088]Δ Vr = τ.Gr..?(式 I)。
[0089]在圖3中，斜坡信號發(fā)生電路130開始輸出斜坡信號時(時刻Tll)的參考信號Vr為比較器初始化電壓VR。因此，此時的Vrs能夠用下面的式2求出。
[0090]Vrs = VR- Δ Vr
[0091]= VR- τ.Gr..?(式 2)
[0092]由上述式2的結(jié)果來看，由于比較器初始化電壓VR及斜坡信號的斜率Gr是已知的，所以為了求出斜坡開始電壓Vrs，只要知道傳送延遲時間τ或者電壓差A(yù)Vr的實(shí)際測
量值即可。
[0093]在圖3的示例中，由于斜坡波形朝向電壓下降方向，因而成為:
[0094]Gr < O
[0095]...Vrs > VR..?(式 3)。
[0096]由上述式3的結(jié)果看出，在斜坡信號發(fā)生電路130開始輸出斜坡信號的時刻Τ11，為了使參考信號Vre與斜坡開始電壓Vrs相一致，必然需要在圖3中將現(xiàn)有比較器初始化電壓VR變成滿足VE > Vrs這一條件的比較器初始化電壓VE。
[0097]在此，就圖3的參考信號Vr而言，如果能充分確保維持比較器初始化電壓VE的期間，則通過使比較器初始化電壓VE = Vrs,從而在斜坡信號發(fā)生電路130開始輸出斜坡信號時(時刻Τ11)，很容易就能夠使參考信號Vre的電壓與斜坡開始電壓Vrs相一致。不過，為了縮短列并行ADC120的AD轉(zhuǎn)換所需的時間，需要縮短到參考信號Vre的電壓與斜坡開始電壓Vrs相一致為止的時間，從而優(yōu)選對增強(qiáng)電壓VA(比較器初始化電壓VE)進(jìn)行控制。
[0098]進(jìn)而，由于參考信號Vr路徑上的負(fù)載偏差等，很難通過計(jì)算使比較器初始化電壓VE(增強(qiáng)電壓VA)與斜坡開始電壓Vrs相一致。
[0099]因此，可以想到下述方法，即:例如，利用攝像裝置的圖像輸出為無效的期間(例如電源啟動后或垂直回描消隱(vertical blanking)期間等)，對斜坡信號發(fā)生電路130開始輸出作為參考信號Vr的斜坡信號時的參考信號Vre的電壓進(jìn)行測量，并進(jìn)行控制比較器初始化電壓VE (增強(qiáng)電壓VA)使該參考信號Vre的電壓與斜坡開始電壓Vrs相一致的校準(zhǔn)之后，進(jìn)入有效圖像期間。
[0100]還可以想到下述校準(zhǔn)方法，即:例如，在斜坡信號輸出期間的初期和斜坡信號的傾斜穩(wěn)定時，分別對參考信號Vr與參考信號Vre達(dá)到規(guī)定電壓時為止的時間差進(jìn)行測量，并根據(jù)對上述所測量到的時間差進(jìn)行比較的結(jié)果，對比較器初始化電壓VE進(jìn)行控制。在下文中，示出了利用基于該時間差測量結(jié)果的反饋控制對比較器初始化電壓VE進(jìn)行控制的示例。
[0101]圖5是表示第一實(shí)施方式所涉及的斜坡信號發(fā)生電路130的結(jié)構(gòu)示例及外圍電路的連接示例的圖。
[0102]斜坡信號發(fā)生電路130包括:時間差測量部131、時間差比較部132、增強(qiáng)電壓控制部133以及參考電壓發(fā)生部134。
[0103]列并行ADC120為具有η列(η為自然數(shù))的ADC，并包括比較器160 (161~16η)和計(jì)數(shù)器170(171~17η)。比較器160(161~16η)分別對輸入一輸入端的參考信號Vrm、Vre和輸入另一輸入端的像素信號Vsl~Vsn進(jìn)行比較。計(jì)數(shù)器170(171~17η)對比較器160(161~16η)的比較時間即從計(jì)數(shù)器170的計(jì)數(shù)開始時刻起到比較器160的輸出反轉(zhuǎn)為止的時間進(jìn)行計(jì)數(shù)，并將基于該結(jié)果的模數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)果作為數(shù)字信號輸出。在此，參考信號Vrm指的是輸入各個比較器161~16(η_1)的一輸入端的參考信號。
[0104]控制電路140將復(fù)位信號CRST供給比較器160，并且將經(jīng)由參考信號Vr規(guī)定對比較器160的輸出狀態(tài)進(jìn)行初始化的時間的控制信號Sr供給斜坡信號發(fā)生電路130?？刂齐娐?40還將用以取得參考信號Vr的傾斜狀斜坡信號輸出期間與計(jì)數(shù)器170的計(jì)數(shù)值之間相關(guān)性的計(jì)數(shù)器用時鐘CK供給計(jì)數(shù)器170，并且將用于斜坡信號生成的斜坡信號生成用時鐘CKr供給斜坡信號發(fā)生電路130?？刂齐娐?40還將時間信號T1、T2供給時間差測量部131。
[0105]在此，在從斜坡信號發(fā)生電路130的輸出部起到列并行ADC120的比較器160 (161?16η)的各個輸入部為止的布線路徑上，存在布線電阻和布線電容。并且，與位于離斜坡信號發(fā)生電路130最遠(yuǎn)的那一列的比較器16η的輸入端相連的參考信號Vre相對于參考信號Vr來說延遲時間最長。
[0106]因此，時間差測量部131在傾斜狀斜坡信號期間的初期時刻即時刻Tl和穩(wěn)定時刻即時刻Τ2這兩個時間點(diǎn)對上述延遲最長的參考信號Vre與參考信號Vr之間的時間差進(jìn)行測量，并分別將時間差A(yù)tl和時間差A(yù)t2向時間差比較部132輸出。此外,雖然在上面的說明中是對參考信號Vre與參考信號Vr之間的時間差進(jìn)行了測量，不過即使對位于其它列的比較器160的輸入部中的參考信號Vrm與參考信號Vr之間的時間差進(jìn)行測量也無妨。不過，優(yōu)選的是測量參考信號Vre與參考信號Vr之間的時間差。
[0107]圖6是表示上述時刻Tl、T2及時間差A(yù)U、Λ t2的關(guān)系之一例的圖。在圖6中，虛線表不參考信號Vr,實(shí)線表不參考信號Vre。假設(shè)參考信號Vr的斜度為負(fù)，并對這一*清況進(jìn)行說明。
[0108]在時刻Tl，時間差測量部131保持參考信號Vr的電壓以作為參考信號電壓Vrl，并開始基于斜坡信號生成用時鐘CKr的內(nèi)部計(jì)數(shù)及對參考信號電壓Vrl與參考信號Vre之間的比較。并且，時間差測量部131根據(jù)成為Vre ( Vrl時的內(nèi)部計(jì)數(shù)值，將參考信號Vr和參考信號Vre成為參考信號電壓Vrl的時間差即時間差A(yù)tl向時間差比較部132輸出。并且，時間差比較部132保持從時間差測量部131輸出的時間差A(yù)U。
[0109]同樣地，在時刻T2，時間差測量部131保持參考信號Vr的電壓以作為參考信號電壓Vr2，并開始基于斜坡信號生成用時鐘CKr的內(nèi)部計(jì)數(shù)及對參考信號電壓Vr2與參考信號Vre之間的比較。并且，時間差測量部131根據(jù)成為Vre ( Vr2時的內(nèi)部計(jì)數(shù)值，將參考信號Vr和參考信號Vre成為參考信號電壓Vr2的時間差即時間差Λ t2向時間差比較部132輸出。并且，時間差比較部132保持從時間差測量部131輸出的時間差A(yù)t2。
[0110]時間差比較部132對時間差A(yù)tl和時間差Λ t2進(jìn)行比較后，將比較結(jié)果向增強(qiáng)電壓控制部133輸出。增強(qiáng)電壓控制部133根據(jù)來自時間差比較部132的比較結(jié)果，改變參考電壓發(fā)生部134的比較器初始化電壓VE(增強(qiáng)電壓VA)。例如，增強(qiáng)電壓控制部133進(jìn)行下述改變，即:在Atl< At2的情況下，增強(qiáng)電壓控制部133使比較器初始化電壓VE上升；在Atl> At2的情況下，增強(qiáng)電壓控制部133使比較器初始化電壓VE下降。在此，優(yōu)選增強(qiáng)電壓控制部133的控制狀態(tài)的更新與基于復(fù)位信號CRST的比較器160的復(fù)位(初始化)一樣是在每一系列的AD轉(zhuǎn)換動作中進(jìn)行的。
[0111]通過在攝像裝置的圖像輸出為無效的期間等反復(fù)進(jìn)行上述動作，從而能夠最佳化比較器初始化電壓VE(增強(qiáng)電壓VA)的設(shè)定。
[0112]在此，如果參考信號Vr具有理想的波形，時刻Tl就被設(shè)定在開始輸出斜坡信號生成用時鐘CKr的時刻上。不過，由于實(shí)際的參考信號Vr的波形受到斜坡信號發(fā)生電路130的輸出阻抗等的影響波形已產(chǎn)生鈍化，因而優(yōu)選將時刻Tl設(shè)定在從開始輸出斜坡信號生成用時鐘CKr時算起經(jīng)過了預(yù)定時間的時刻上。
[0113]圖7(a)是表示參考電壓發(fā)生部134的結(jié)構(gòu)之一例的方框圖。參考電壓發(fā)生部134包括:控制切換部 300、計(jì)數(shù)器 301 及 DAC(Digital-to_Analog Converter) 302。圖 7 (b)是示意地示出參考信號Vr的變化情況的圖。
[0114]在圖7(b)的時刻T21之前，控制切換部300根據(jù)已從控制電路140輸入的控制信號(起始電壓(VI)設(shè)定信號)，經(jīng)由DAC302將參考信號Vr設(shè)為起始電壓VI。并且，在時刻T21，控制切換部300根據(jù)已從增強(qiáng)電壓控制部133輸入的控制信號(增強(qiáng)電壓(VE (VA))設(shè)定信號)，經(jīng)由DAC302將參考信號Vr從起始電壓VI變成加上增強(qiáng)電壓VA后所得到的比較器初始化電壓VE。若控制電路140在時刻T22開始供給斜坡信號生成用時鐘CKr，計(jì)數(shù)器301就將已從控制電路140輸入的比較器輸出初始化電壓(VR)設(shè)定代碼設(shè)成計(jì)數(shù)的初始值，DAC302將參考信號Vr變成比較器初始化電壓VR。然后，DAC302以該電壓VR為起點(diǎn)，根據(jù)計(jì)數(shù)器301的計(jì)數(shù)值，將斜坡信號作為參考信號Vr輸出。
[0115]此時，在圖5中，控制電路140開始對計(jì)數(shù)器170供給計(jì)數(shù)器用時鐘CK，計(jì)數(shù)器170便開始計(jì)數(shù)。具體而言，計(jì)數(shù)器170利用計(jì)數(shù)器用時鐘CK，對用比較器160(161?16η)將來自像素陣列110的像素信號Vsl?Vsn與參考信號Vrm、Vre加以比較的比較結(jié)果反轉(zhuǎn)為止的時間進(jìn)行計(jì)數(shù)。
[0116]增強(qiáng)電壓控制部133包括可逆計(jì)數(shù)器(up/down counter)，并根據(jù)時間差比較部132的比較結(jié)果，對向控制切換部300輸出的數(shù)字代碼進(jìn)行加減控制，從而實(shí)現(xiàn)對比較器初始化電壓VE的調(diào)整。此外，只要增強(qiáng)電壓控制部133具有對比較器初始化電壓VE進(jìn)行調(diào)整的結(jié)構(gòu)，則并不局限于上述結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)電壓控制部133的結(jié)構(gòu)可以結(jié)合參考電壓發(fā)生部134的結(jié)構(gòu)而改變，具有其它結(jié)構(gòu)也無妨。
[0117]圖8和圖9是表示參考電壓發(fā)生部134的其它結(jié)構(gòu)示例的電路圖。
[0118]圖8示出的是利用梯形選擇控制電路402選擇梯形電阻(resistor ladder)(增強(qiáng)電壓用梯形電阻400及起始電壓用梯形電阻401)的分壓抽頭，輸出所希望的參考信號Vr的方式之一例。并且，起始電壓VI是由根據(jù)來自控制電路140的控制信號(起始電壓(VI)選擇信號)選出的起始電壓用梯形電阻401的分壓抽頭設(shè)定的。比較器初始化電壓VE是由根據(jù)來自增強(qiáng)電壓控制部133的控制信號(增強(qiáng)電壓(VE)選擇信號)選出的增強(qiáng)電壓用梯形電阻400的分壓抽頭設(shè)定的。此時，比較器初始化電壓VR為規(guī)定的固定電壓。此外，比較器初始化電壓VR可以使用預(yù)先設(shè)定好的電壓VR，也可以從外部對電壓VR進(jìn)行設(shè)定。并且，根據(jù)斜坡信號生成用時鐘CKr，朝著電壓Vref —側(cè)依次選擇切換起始電壓用梯形電阻401的分壓抽頭，并將斜坡信號作為參考信號Vr輸出。
[0119]圖9是使用了電流參照型DAC的方式之一例。根據(jù)分別從控制電路140及增強(qiáng)電壓控制部133接收到的控制信號，對輸出偏壓電阻器500進(jìn)行控制，從而對起始電壓V1、t匕較器初始化電壓VR及加上增強(qiáng)電壓VA后所得到的比較器初始化電壓VE進(jìn)行設(shè)定。并且，根據(jù)接收了斜坡信號生成用時鐘CKr的計(jì)數(shù)器501的計(jì)數(shù)值，對電流源的開關(guān)502進(jìn)行開、關(guān)控制，將以規(guī)定斜度在時間上產(chǎn)生傾斜的斜坡信號作為參考信號Vr輸出。此外，以規(guī)定斜度在時間上產(chǎn)生傾斜的斜坡信號可以為平滑的斜坡狀波形，也可以為階梯狀波形，只要是以規(guī)定斜度在時間上產(chǎn)生傾斜的信號即可。
[0120]如上所述，在本實(shí)施方式中，通過比較參考信號Vr與參考信號Vre達(dá)到規(guī)定電壓的時間差，并根據(jù)該比較結(jié)果實(shí)施校準(zhǔn)，從而即使在過大負(fù)載加在參考信號Vr上的情況下，也能夠使參考信號Vr與參考信號Vre之差盡早到達(dá)直線區(qū)域。由此，參考信號Vr與參考信號Vre之差的直線區(qū)域擴(kuò)大，從而能夠縮短AD轉(zhuǎn)換的時間，并且即使在已縮短了 AD轉(zhuǎn)換時間的情況下也能實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的AD轉(zhuǎn)換。進(jìn)而，即使在所述電壓路徑上的負(fù)載在裝置間存在偏差的情況下，也能利用反饋控制，獲得使AD轉(zhuǎn)換特性保持良好，同時還能抑制特性偏差的效果。
[0121]此外，在圖7(b)中，雖然將計(jì)數(shù)器170設(shè)定成從開始輸出斜坡信號的時刻T22起接收計(jì)數(shù)器用時鐘CK的供給對比較器輸出開始計(jì)數(shù)，不過優(yōu)選的是從開始供給斜坡信號生成用時鐘CKr算起延遲了時間Atl后再開始計(jì)數(shù)。由此，能夠使計(jì)數(shù)器170從與斜坡信號輸出時的參考信號Vr具有相等電壓值的參考信號Vre開始計(jì)數(shù)，因而能夠有效地活用降值計(jì)數(shù)范圍。
[0122]在本實(shí)施方式中，也可以是這樣的，S卩:就時間差測量部131的內(nèi)部計(jì)數(shù)的方向而言，具有切換數(shù)字CDS進(jìn)行的兩次AD轉(zhuǎn)換的第一次AD轉(zhuǎn)換與第二次AD轉(zhuǎn)換的升降計(jì)數(shù)方向的功能，并且在增強(qiáng)電壓控制部133中分別對從時間差測量部131輸出的時間差A(yù)U、At2進(jìn)行累加。并且，此時增強(qiáng)電壓控制部133根據(jù)上述累加結(jié)果對比較器初始化電壓VE進(jìn)行調(diào)整。此時不需要時間差比較部132。也就是說，能夠在去掉了時間差比較部132的狀態(tài)下獲得與本實(shí)施方式相同的效果。
[0123]<第二實(shí)施方式>
[0124]圖10是表示第二實(shí)施方式所涉及的斜坡信號發(fā)生電路的結(jié)構(gòu)示例及外圍電路的連接示例的圖。在圖10中對和圖5相同的構(gòu)成要素標(biāo)注和圖5相同的符號，在此省略對它們的詳細(xì)說明。
[0125]在圖10的斜坡信號發(fā)生電路130A中與圖5的不同之處在于:包括電壓比較部137以取代時間差比較部132，進(jìn)而還包括電壓測量部135和參考電壓測量部136。在此，在攝像裝置的圖像輸出為無效的期間等中反復(fù)進(jìn)行控制比較器初始化電壓VE的校準(zhǔn)，在下文中將第一次進(jìn)行的校準(zhǔn)稱作第一周期校準(zhǔn)，將第二次進(jìn)行的校準(zhǔn)稱作第二周期校準(zhǔn)。
[0126]邊參照圖11，邊對斜坡信號發(fā)生電路130A的動作情況進(jìn)行說明。
[0127]在第一周期校準(zhǔn)中，與第一實(shí)施方式相同，時間差測量部131對參考信號Vr和參考信號Vre之間的時間差進(jìn)行測量。在本實(shí)施方式中，測量穩(wěn)定時刻即時刻T2的時間差Λ t后，向參考電壓測量部136輸出。
[0128]接著，在第二周期校準(zhǔn)中，電壓測量部135對傾斜狀斜坡信號期間的初期時刻即時刻Tl的參考信號Vr的參考信號電壓Vrl進(jìn)行測量后，向電壓比較部137輸出。
[0129]參考電壓測量部136對在時刻Tl上加上從時間差測量部131輸出的時間差Λ t后所得到的時刻(Tl+At)的參考信號Vre的參考信號電壓Vrl’進(jìn)行測量后，向電壓比較部137輸出。
[0130]電壓比較部137對參考信號電壓Vrl和參考信號電壓VrI’進(jìn)行比較后，將比較結(jié)果向增強(qiáng)電壓控制部133輸出。并且，增強(qiáng)電壓控制部133根據(jù)從電壓比較部137輸出的比較結(jié)果，對參考電壓發(fā)生部134的比較器初始化電壓VE進(jìn)行調(diào)整。例如，增強(qiáng)電壓控制部133進(jìn)行下述調(diào)整，S卩:在Vrl < Vrl’的情況下，增強(qiáng)電壓控制部133使比較器初始化電壓VE上升；在Vrl > Vrr的情況下，增強(qiáng)電壓控制部133使比較器初始化電壓VE下降。
[0131]在第三周期校準(zhǔn)以后，能夠通過在攝像裝置的圖像輸出為無效的期間等中反復(fù)進(jìn)行第二周期的動作，從而最佳化比較器初始化電壓VE的設(shè)定。此外，也可以在第三周期校準(zhǔn)以后除第二周期的動作外還進(jìn)行第一周期的動作。例如，還可以在第三周期校準(zhǔn)以后交替地進(jìn)行第一周期的動作和第二周期的動作。
[0132]如上所述，在本實(shí)施方式中，通過比較規(guī)定時刻的參考信號Vr和參考信號Vre之間的電壓差，并根據(jù)該比較結(jié)果實(shí)施校準(zhǔn)，從而即使在過大負(fù)載加在參考信號Vr上的情況下，也能夠使參考信號Vr與參考信號Vre之差盡早到達(dá)直線區(qū)域。由此，參考信號Vr與參考信號Vre之差的直線區(qū)域擴(kuò)大，從而能夠縮短AD轉(zhuǎn)換的時間，并且即使在已縮短了 AD轉(zhuǎn)換時間的情況下也能夠?qū)崿F(xiàn)準(zhǔn)確的AD轉(zhuǎn)換。進(jìn)而，即使在所述電壓路徑上的負(fù)載在裝置間存在偏差的情況下，也能利用反饋控制，獲得使AD轉(zhuǎn)換特性保持良好，同時還能抑制特性偏差的效果。
[0133]在此，就η列ADC(比較器160)而言，只要進(jìn)行參考信號布線的物理圖案設(shè)計(jì)使各列之間的布線電阻及布線電容均等，各列之間的延遲時間就會相等，從而能夠獲得直線性在所有列上得以改善的效果。也就是說，通過根據(jù)第一和第二實(shí)施方式中參考信號Vr與參考信號Vre之間的時間差和電壓差對比較器初始化電壓VE進(jìn)行控制，從而能夠獲得直線性在η列ADC的所有列上得以改善的效果。
[0134]此外，在以上說明中，雖然從斜坡信號發(fā)生電路130、130Α輸出的參考信號Vr的斜坡信號朝向電壓的下降方向，不過上述式2中斜坡信號的斜率Gr也可以為正，即使斜坡信號朝向電壓的上升方向也能夠獲得同樣的效果。
[0135]優(yōu)選能夠使比較器初始化電壓VR和增強(qiáng)電壓VA彼此獨(dú)立地發(fā)生變化。
[0136]優(yōu)選斜坡信號發(fā)生電路130、130Α具有下述功能，即:在比較器160的比較動作開始之前，對從將參考信號Vr的電壓變成比較器初始化電壓VE時起到開始輸出斜坡信號為止的期間進(jìn)行改變。并且，優(yōu)選使對從變成比較器初始化電壓VE時起到開始輸出斜坡信號為止的期間的控制、與對比較器初始化電壓VE的電壓控制結(jié)合起來進(jìn)行。由此，能夠?qū)D轉(zhuǎn)換期間調(diào)整成最短時間。
[0137]優(yōu)選斜坡信號發(fā)生電路130具有下述功能，即:相對于計(jì)數(shù)器170的計(jì)數(shù)開始時刻而言，改變將斜坡信號作為參考信號Vr輸出的輸出開始時刻。由此，能夠?qū)淖兂杀容^器初始化電壓VE時起到開始輸出斜坡信號為止的期間進(jìn)行控制，并能相對于計(jì)數(shù)器170的計(jì)數(shù)開始時刻而言對斜坡信號的輸出開始時刻進(jìn)行設(shè)定。由此，在斜坡信號發(fā)生電路130所輸出的斜坡信號(斜坡波形)的傾斜較平緩的情況(即AD轉(zhuǎn)換增益較高的情況)下，當(dāng)輸入比較器160的參考信號Vrm、Vre的振幅較小時，能夠很難產(chǎn)生在規(guī)定的降值計(jì)數(shù)期間內(nèi)AD轉(zhuǎn)換未結(jié)束的情況。
[0138]具體而言，在上述斜坡信號的傾斜較平緩的情況下，當(dāng)輸入比較器160的參考信號Vrm、Vre的振幅較小時,從比較器160檢測到比較相一致起到向計(jì)數(shù)器170傳送比較結(jié)果Vcx為止的響應(yīng)時間就有可能增長。為此，在設(shè)定好的增益(斜坡波形的傾斜)中就存在在規(guī)定的降值計(jì)數(shù)期間內(nèi)未使AD轉(zhuǎn)換結(jié)束的增益。此時，例如相對于計(jì)數(shù)器170的計(jì)數(shù)開始時刻而言，將使斜坡波形的開始時刻大幅度提前的、即參考信號Vr保持加上增強(qiáng)電壓VA后所得到的比較器初始化電壓VE (或者比較器初始化電壓VR)的期間設(shè)定為例如接近零的較短的期間。并且，使比較器160檢測到比較相一致的時間提前，并對比較器初始化電壓VE的電壓值和計(jì)數(shù)器170的開始時刻進(jìn)行調(diào)整。由此，能夠改善在降值計(jì)數(shù)期間內(nèi)AD轉(zhuǎn)換未結(jié)束的問題。[0139]一產(chǎn)業(yè)實(shí)用性一
[0140]即使在參考信號的信號路徑中存在過大負(fù)載的情況下進(jìn)行高速驅(qū)動時，本發(fā)明所涉及的斜坡信號發(fā)生電路也能用作向需要高精度AD轉(zhuǎn)換的單斜率型ADC供給參考信號的電路。
[0141]因此，本發(fā)明所涉及的斜坡信號發(fā)生電路對于安裝在例如數(shù)碼相機(jī)用圖像傳感器中的列并行ADC等特別有用。本發(fā)明所涉及的圖像傳感器作為例如數(shù)碼相機(jī)用圖像傳感器是很有用的。
[0142]—符號說明一
[0143]100圖像傳感器
[0144]110像素陣列(像素陣列部)
[0145]120列并行ADC (模數(shù)轉(zhuǎn)換電路)
[0146]130U30A斜坡信號發(fā)生電路
[0147]131時間差測量部
[0148]132時間差比較部
[0149]133增強(qiáng)電壓控制部
[0150]134參考電壓發(fā)生部
[0151]135電壓測量部(輸出電壓測量部)
[0152]136參考電壓測量部
[0153]137電壓比較部
[0154]160比較器
[0155]170計(jì)數(shù)器
[0156]200數(shù)字視頻處理裝置
[0157]Vr、Vre、Vrm 參考信號
[0158]Vsl?Vsn像素信號(模擬輸入信號)
[0159]VR 比較器初始化電壓(比較器設(shè)定電壓)
[0160]VA 增強(qiáng)電壓
[0161]VE 加上增強(qiáng)電壓后所得到的比較器初始化電壓
[0162]Atl時間差(第一時間差)
[0163]At2時間差(第二時間差)
[0164]Vrl參考信號電壓(第一電壓)
[0165]Vrl’參考信號電壓(第二電壓)
[0166]At 時間差
[0167]D(m-1:0)串行控制信號
【權(quán)利要求】
1.一種斜坡信號發(fā)生電路，其將以規(guī)定斜度在時間上產(chǎn)生傾斜的斜坡信號作為參考信號向單斜率型模數(shù)轉(zhuǎn)換電路輸出，其特征在于: 所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路具有在一輸入端接收所述參考信號并在另一輸入端接收模擬輸入信號的比較器，并根據(jù)由所述比較器進(jìn)行的比較動作的結(jié)果，將所述模擬輸入信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號， 所述斜坡信號發(fā)生電路包括參考電壓發(fā)生部，該參考電壓發(fā)生部在所述比較動作之前，將所述參考信號的電壓變成對所述比較器的所述一輸入端和所述另一輸入端的電壓差進(jìn)行補(bǔ)償?shù)谋容^器設(shè)定電壓，并隨著開始所述比較動作，以所述比較器設(shè)定電壓為起點(diǎn)輸出所述斜坡信號，并且， 所述斜坡信號發(fā)生電路具有:在所述比較動作之前對所述比較器設(shè)定電壓加上規(guī)定的增強(qiáng)電壓的功能。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的斜坡信號發(fā)生電路，其特征在于: 所述斜坡信號發(fā)生電路具有:在加上所述增強(qiáng)電壓以后使所述斜坡信號回到所述比較器設(shè)定電壓后再輸出該斜坡信號的功能。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的斜坡信號發(fā)生電路，其特征在于: 所述斜坡信號發(fā)生電路具有:分別對所述比較器設(shè)定電壓和所述增強(qiáng)電壓進(jìn)行獨(dú)立控制的功能。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的斜坡信號發(fā)生電路，其特征在于: 所述斜坡信號發(fā)生電 路具有:對從所述比較動作開始前將所述參考信號的電壓變成所述比較器設(shè)定電壓以及加上所述增強(qiáng)電壓起到開始輸出所述斜坡信號為止的期間進(jìn)行改變的功能。
5.根據(jù)權(quán)利要求1到4中任一項(xiàng)所述的斜坡信號發(fā)生電路，其特征在于: 所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路具有對所述比較器的比較時間進(jìn)行計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)器，并根據(jù)由所述計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)的結(jié)果，生成所述數(shù)字信號， 所述斜坡信號發(fā)生電路具有:相對于所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路所具有的計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)開始時亥IJ，改變所述斜坡信號的輸出開始時刻的功能。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的斜坡信號發(fā)生電路，其特征在于: 所述斜坡信號發(fā)生電路包括: 時間差測量部，其對從所述參考電壓發(fā)生部的輸出電壓到達(dá)規(guī)定電壓時起到所述比較器的所述一輸入端上的電壓到達(dá)所述規(guī)定電壓時為止的時間差進(jìn)行測量， 時間差比較部，其對由所述時間差測量部測量到的所述斜坡信號輸出期間初期的所述時間差即第一時間差、與由該時間差測量部測量到的所述斜坡信號的傾斜穩(wěn)定時的所述時間差即第二時間差進(jìn)行比較，以及 增強(qiáng)電壓控制部，其根據(jù)由所述時間差比較部進(jìn)行比較的結(jié)果對所述增強(qiáng)電壓進(jìn)行控制，使所述第一時間差和所述第二時間差相一致。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的斜坡信號發(fā)生電路，其特征在于: 所述斜坡信號發(fā)生電路包括: 輸出電壓測量部，其對所述參考電壓發(fā)生部的輸出電壓進(jìn)行測量， 參考電壓測量部，其對所述比較器的所述一輸入端上的電壓進(jìn)行測量，時間差測量部，其對從所述參考電壓發(fā)生部的輸出電壓到達(dá)規(guī)定電壓時起到所述比較器的所述一輸入端上的電壓到達(dá)所述規(guī)定電壓時為止的時間差進(jìn)行測量， 電壓比較部，其對在所述斜坡信號輸出期間初期的規(guī)定時間由所述輸出電壓測量部測量到的第一電壓、與在從所述規(guī)定時間起經(jīng)過了由所述時間差測量部測量到的所述時間差時由所述參考電壓測量部測量到的第二電壓進(jìn)行比較，以及 增強(qiáng)電壓控制部，其根據(jù)由所述電壓比較部進(jìn)行比較的結(jié)果對所述增強(qiáng)電壓進(jìn)行控制，使所述第一電壓和所述第二電壓相一致。
8.一種圖像傳感器，其特征在于: 該圖像傳感器包括: 權(quán)利要求1、6及7中任一項(xiàng)所述的斜坡信號發(fā)生電路， 像素陣列部，其為包含光電變換元件的單位像素呈矩陣狀地二維布置而成，并且對應(yīng)著所述單位像素的矩陣狀布置中的每一列設(shè)置有列信號線， 行掃描單元，其對所述像素陣列部中按行選出的各個所述單位像素進(jìn)行控制，并將該控制的結(jié)果向所述列信號線輸出，以及 多個所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路 ，其分別對應(yīng)著所述單位像素的列而設(shè)，并且多個所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路中的每一個模數(shù)轉(zhuǎn)換電路接收作為所述模擬輸入信號從所述行掃描單元經(jīng)所述列信號線輸出的模擬信號，并輸出所述數(shù)字信號。
9.一種攝像裝置，其特征在于: 該攝像裝置包括: 權(quán)利要求8所述的圖像傳感器，以及 數(shù)字視頻處理裝置，其利用串行控制信號對所述圖像傳感器進(jìn)行控制，并且根據(jù)從所述圖像傳感器的各個所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路輸出的所述數(shù)字信號，進(jìn)行視頻信號處理。
【文檔編號】H04N5/378GK103477628SQ201180070093
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2011年7月27日 優(yōu)先權(quán)日:2011年4月21日
【發(fā)明者】樋口真浩, 西村佳壽子, 山岡優(yōu)介, 阿部豊, 藤中洋 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社