固態(tài)圖像感測(cè)設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明的實(shí)施例提供一種固態(tài)圖像感測(cè)設(shè)備，其可以使用簡(jiǎn)單的電路防止豎直線噪聲的出現(xiàn)。時(shí)序調(diào)整電路生成供應(yīng)至斜坡生成器的第一時(shí)鐘和供應(yīng)至計(jì)數(shù)器的第二時(shí)鐘，從而在第一時(shí)鐘和第二時(shí)鐘之間的相位差值位于預(yù)定范圍之內(nèi)并且根據(jù)圖像傳感器中的線而不同。
【專利說(shuō)明】固態(tài)圖像感測(cè)設(shè)備
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]2012年10月30日提交的日本專利申請(qǐng)N0.2012-239336的公開(kāi)內(nèi)容(包括說(shuō)明書(shū)、附圖和摘要)在此通過(guò)引用整體并入本文。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本發(fā)明涉及固態(tài)圖像感測(cè)設(shè)備，并且例如涉及具有列ADC (模數(shù)轉(zhuǎn)換器)的固態(tài)圖像感測(cè)設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0004]許多用于相機(jī)設(shè)備等的固態(tài)圖像感測(cè)設(shè)備使用CMOS傳感器作為圖像傳感器并且使用簡(jiǎn)單的積分ADC電路以用于降低成本。此外，市場(chǎng)甚至要求相機(jī)設(shè)備等具有簡(jiǎn)單的視頻拍攝功能。為了在視頻拍攝期間增加的幀率而不顯著增加整體成本，必須降低ADC的輸出位精度至并不顯著影響圖像質(zhì)量的水平。
[0005]然而，在這類CMOS傳感器中，例如，在12位相片輸出中并不出現(xiàn)的垂直線(line)噪聲可能在10位的視頻輸出中出現(xiàn)。已經(jīng)知曉，這是由針對(duì)圖像傳感器的每個(gè)列都有一ADC的列ADC系統(tǒng)的量化噪聲所引起。下面的專利文獻(xiàn)針對(duì)該問(wèn)題采取下列措施。
[0006]在日本未審專利公開(kāi)N0.2008-60872 (專利文獻(xiàn)I)中，在二維空間中指示沒(méi)有時(shí)間變化(temporal variation)的隨機(jī)噪聲的噪聲信號(hào)N2dim被添加到像素信號(hào)So中。列ADC電路(25)將添加了噪聲信號(hào)N2dim的像素信號(hào)的重置電平Srst和信號(hào)電路Ssig分開(kāi)獨(dú)立轉(zhuǎn)換成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，并且獲取差值。通過(guò)分開(kāi)轉(zhuǎn)換兩個(gè)信號(hào)為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，其中添加有噪聲信號(hào)N2dim，相同的噪聲效果在兩個(gè)信號(hào)的AD轉(zhuǎn)換結(jié)果上出現(xiàn)，由此抵消與列相關(guān)的噪聲。雖然在數(shù)字域中出現(xiàn)與差值相關(guān)聯(lián)的量化誤差，但是量化誤差可以不具有列相關(guān)，同樣添加的噪聲信號(hào)N2dim也可以被移除。對(duì)于生成噪聲信號(hào)N2dim的特定方式而言，將重置釋放間隔TRelease設(shè)置為短于典型間隔。即，在重置晶體管(36)的重置操作期間在重置晶體管(36)的重置操作期間產(chǎn)生單元像素(3)中作為像素重置單位出現(xiàn)的重置噪聲的一部分在單元像素中保留，因?yàn)樵肼曃幢辉陔妷罕容^單元(252)中操作點(diǎn)重置單元(偏移移除單元)(330)的偏移移除操作移除。
[0007]在日本未審專利公開(kāi)N0.2011-50046 (專利文獻(xiàn)2)中，針對(duì)每個(gè)線向DAC的偏移添加不超過(guò)+/-0.5LSB的隨機(jī)偏移，以用于生成在ADC取樣期間的參考RAMP波，由此減少垂直條紋噪聲。由模擬電路的電流添加執(zhí)行偏移添加。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]然而，在專利文獻(xiàn)I的方法中，在每個(gè)像素中由比要求值更短的重置釋放間隔偶然保留的電荷(模擬值)被用作噪聲信號(hào)N2dim。這并不提供針對(duì)噪聲信號(hào)所必須的，在每個(gè)單元像素中保留的，在二維空間中沒(méi)有時(shí)間變化的隨機(jī)噪聲的基礎(chǔ)。因此，取決于圖像傳感器的制造情況或先前幀的值，特定的殘留電荷可能會(huì)在垂直線方向上不利地保留。此外，由于偶然出現(xiàn)產(chǎn)生的電荷，為了將噪聲信號(hào)N2dim保持為在ILSB之下以最小化信號(hào)誤差，需要巧妙地調(diào)整重置釋放信號(hào)寬度。這要求根據(jù)圖像傳感器的制造特性以及ADC的增益調(diào)整重置釋放間隔的功能，這不利地增加電路尺寸或使得設(shè)計(jì)困難。
[0009]在專利文獻(xiàn)2的方法中，需要添加用于添加偏移電流的模擬電流源。這要求模擬電流源和相關(guān)精度的人工設(shè)計(jì)和布局，這不利地要求區(qū)域。
[0010]根據(jù)本說(shuō)明書(shū)和附圖，其它問(wèn)題和新穎特征將變得顯明。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，時(shí)序調(diào)整電路生成供應(yīng)至斜坡生成器的第一時(shí)鐘和供應(yīng)至計(jì)數(shù)器的第二時(shí)鐘，從而在第一時(shí)鐘和第二時(shí)鐘之間的相位差值位于預(yù)定范圍內(nèi)并且根據(jù)圖像傳感器中的線而不同。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，可以使用簡(jiǎn)單電路防止垂直線噪聲的出現(xiàn)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1是示出根據(jù)第一實(shí)施例的固態(tài)圖像感測(cè)設(shè)備的配置的圖。
[0014]圖2是示出根據(jù)第二實(shí)施例的固態(tài)圖像感測(cè)設(shè)備的配置的圖。
[0015]圖3是示出根據(jù)第二實(shí)施例的信號(hào)處理電路的配置的圖。
[0016]圖4是示出斜坡生成器的配置的圖。
[0017]圖5是用于說(shuō)明斜坡信號(hào)Rmp的生成過(guò)程的圖。
[0018]圖6是示出根據(jù)第二實(shí)施例的信號(hào)延遲電路的配置的圖。
[0019]圖7A是用于說(shuō)明時(shí)鐘CLK_R的相位與相關(guān)領(lǐng)域中時(shí)鐘CLK_C的相位相同的情形中的操作的圖。
[0020]圖7B是用于說(shuō)明時(shí)鐘CLK_R關(guān)于時(shí)鐘CLK_C延遲的情形中的操作的圖。
[0021]圖7C是用于說(shuō)明時(shí)鐘CLK_C關(guān)于時(shí)鐘CLK_R延遲的情形中的操作的圖。
[0022]圖8是示出根據(jù)第三實(shí)施例的信號(hào)延遲電路的配置的圖。
[0023]圖9是示出根據(jù)第四實(shí)施例的信號(hào)處理電路的配置的圖。
[0024]圖10是示出根據(jù)第四實(shí)施例的信號(hào)延遲電路的配置的圖。
[0025]圖11是示出根據(jù)第五實(shí)施例的信號(hào)處理電路的配置的圖。
[0026]圖12是示出根據(jù)第五實(shí)施例的信號(hào)延遲電路的配置的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]在下文中，將參照附圖描述本發(fā)明的一些實(shí)施例。
[0028]第一實(shí)施例
[0029]圖1是示出根據(jù)第一實(shí)施例的固態(tài)圖像感測(cè)設(shè)備的配置的圖。
[0030]參見(jiàn)圖1，固態(tài)圖像感測(cè)設(shè)備2包括圖像傳感器100、時(shí)序調(diào)整電路3、斜坡生成器
4、計(jì)數(shù)器5和列ADC310_0至310_N。
[0031]圖像傳感器100包括單元像素101的矩陣。矩陣的列是列O至N。
[0032]在第i個(gè)列(i=0至N)中包含的單元像素101將入射光光電轉(zhuǎn)換成模擬像素信號(hào)sig—i。
[0033]列ADC310_i (i=0至N)是積分A/D轉(zhuǎn)換器，包括在圖像傳感器100中的第i列中的比較器311_i和計(jì)數(shù)鎖存器312_i。[0034]比較器311」將來(lái)自圖像傳感器100的模擬像素信號(hào)sig_i與來(lái)自斜坡生成器4的斜坡信號(hào)進(jìn)行比較。當(dāng)像素信號(hào)sig_i在比較器311」處與斜坡信號(hào)匹配時(shí)，計(jì)數(shù)鎖存器312」將來(lái)自計(jì)數(shù)器5的輸出的計(jì)數(shù)值鎖存，并且將其作為像素信號(hào)sig_i的數(shù)字值A(chǔ)D_Oi輸出。
[0035]斜坡生成器4根據(jù)具有周期T的時(shí)鐘信號(hào)CLK_R生成斜坡信號(hào)并且將其輸出。
[0036]計(jì)數(shù)器5根據(jù)時(shí)鐘CLK_C更新計(jì)數(shù)值，時(shí)鐘CLK_C具有與時(shí)鐘CLK_R周期T相同或者整數(shù)倍的周期并且具有與時(shí)鐘信號(hào)CLK_R的相位不同的相位。
[0037]時(shí)序調(diào)整電路3生成時(shí)鐘CLK_R和時(shí)鐘CLK_C，從而時(shí)鐘CLK_R和時(shí)鐘CLK_C的相位差值位于預(yù)定范圍內(nèi)并且根據(jù)圖像傳感器100中的線而不同。
[0038]如上所述，根據(jù)該實(shí)施例，可以使用簡(jiǎn)單電路防止豎直線噪聲的出現(xiàn)。
[0039]第二實(shí)施例
[0040]圖2是示出根據(jù)第二實(shí)施例的固態(tài)圖像感測(cè)設(shè)備的配置的圖。
[0041]參見(jiàn)圖2，固態(tài)圖像感測(cè)設(shè)備I包括圖像傳感器100、控制電路200和信號(hào)處理電路 300。
[0042]控制電路200接收參考時(shí)鐘CLK并且輸出控制信號(hào)給圖像傳感器100和信號(hào)處理電路300。
[0043]圖像傳感器100包括單元像素101矩陣。單元像素101 (j, i)形成耦合至共同像素信號(hào)線103」的列(V)和耦合至不同像素信號(hào)線103」的線(H)。第i列的單元像素101接收光并且根據(jù)來(lái)自控制電路200的控制信號(hào)輸出根據(jù)光的強(qiáng)度的模擬信號(hào)作為去往像素信號(hào)線103」的像素信號(hào)sig_i。
[0044]控制電路200執(zhí)行控制，以便一次輸出在一個(gè)線中的單元像素101」的輸出給相應(yīng)像素信號(hào)線103_i。像素信號(hào)線103」的輸出sig_i被發(fā)送至信號(hào)處理電路300。
[0045]信號(hào)處理電路300接收參考時(shí)鐘CLK并且將輸入模擬像素信號(hào)sig_i轉(zhuǎn)換為視頻信號(hào)的數(shù)字值。
[0046]圖3是示出根據(jù)第二實(shí)施例的信號(hào)處理電路的配置的圖。參見(jiàn)圖3，信號(hào)處理電路300包括時(shí)序調(diào)整電路340、斜坡生成器320、計(jì)數(shù)器330和列ADC310。
[0047]時(shí)序調(diào)整電路340接收參考時(shí)鐘CLK和與參考時(shí)鐘CLK同步的信號(hào)CLK_H，并且輸出時(shí)鐘CLK_R和時(shí)鐘CLK_C。
[0048]針對(duì)圖像傳感器100的每個(gè)線，時(shí)序調(diào)整電路340通過(guò)以隨機(jī)的方式將參考時(shí)鐘CLK延遲Λ Tl來(lái)生成時(shí)鐘CLK_C并且通過(guò)以隨機(jī)的方式將參考時(shí)鐘CLK延遲Λ Τ2來(lái)生成時(shí)鐘CLK_R。ΛΤ2和ΛΤ1之間的最大差值是(1-1/4) XT。
[0049]時(shí)序調(diào)整電路340包括延遲量設(shè)置寄存器341、偽隨機(jī)數(shù)生成器342和信號(hào)延遲電路 350。
[0050]延遲量設(shè)置寄存器341是用于設(shè)置待改變的延遲量的范圍(最大延遲量)的寄存器。待改變的延遲量的范圍越大，則待添加的隨機(jī)噪聲越大。延遲量設(shè)置寄存器341輸出最大延遲量和偽隨機(jī)數(shù)生成器342的初始值。
[0051]偽隨機(jī)數(shù)生成器342基于存儲(chǔ)在延遲量設(shè)置寄存器341中的最大延遲量和初始值生成在O和最大延遲量之間的隨機(jī)數(shù)RND，并且將其輸出給信號(hào)延遲電路350。時(shí)鐘CLK_H是與參考時(shí)鐘CLK同步的時(shí)鐘，并且指示一個(gè)線(H)的信號(hào)處理開(kāi)始時(shí)序。[0052]信號(hào)延遲電路350接收參考時(shí)鐘CLK和隨機(jī)數(shù)RND，并且將時(shí)鐘CLK_R輸出給斜坡生成器320并且將時(shí)鐘CLK_C輸出給計(jì)數(shù)器330。
[0053]斜坡生成器320根據(jù)時(shí)鐘CLK_R生成待與來(lái)自圖像傳感器100的像素信號(hào)相比較的模擬斜坡信號(hào)Rmp。
[0054]計(jì)數(shù)器330根據(jù)時(shí)鐘CLK_C輸出計(jì)數(shù)值Cnt。計(jì)數(shù)器330接收重置信號(hào)RST和來(lái)自時(shí)序調(diào)整電路340的時(shí)鐘CLK_C，并且輸出計(jì)數(shù)值Cnt，重置信號(hào)RST是來(lái)自控制電路200的控制信號(hào)之一。與斜坡生成器320中的計(jì)數(shù)器321 —樣，計(jì)數(shù)器330輸出“O”作為計(jì)數(shù)值Cnt，而重置信號(hào)RST處于高電平，并且在重置信號(hào)RST變?yōu)榈碗娖街?，?duì)時(shí)鐘CLK_C的上升邊緣進(jìn)行計(jì)數(shù)并且將上升邊緣的數(shù)目輸出為計(jì)數(shù)值Cnt。
[0055]在圖像傳感器100的第i列中提供列ADC310_i (i=0to N)，并且列ADC310_i包括比較器311_i和計(jì)數(shù)鎖存器312_i。
[0056]比較器311_i接收從圖像傳感器100的每個(gè)列輸出的模擬像素信號(hào)sig_i以及從斜坡生成器320輸出的斜坡信號(hào)，并且在兩個(gè)電壓匹配的時(shí)序處將計(jì)數(shù)鎖存器控制信號(hào)Ctl_i設(shè)置為高電平。
[0057]計(jì)數(shù)鎖存器312」在計(jì)數(shù)鎖存器控制信號(hào)Ctl_i變?yōu)楦唠娖降臅r(shí)序處將來(lái)自計(jì)數(shù)器330的計(jì)數(shù)值Cnt進(jìn)行鎖存。因此，ADC310」將每個(gè)列中的模擬像素信號(hào)sig_i轉(zhuǎn)換成數(shù)字值A(chǔ)D_0i并且輸出該數(shù)字值作為視頻信號(hào)。
[0058]列ADC310_i具有12位的精度并且具有少于ILSB的誤差。在該實(shí)施例中，列ADC310_i輸出10位數(shù)字值，并且相應(yīng)地具有少于(1/4) XLSB的固有噪聲。該固有噪聲在每個(gè)單獨(dú)的列ADC3 10」中固有；因此，在相同列中的像素的AD轉(zhuǎn)換中，疊加相同量的噪聲，從而在所獲得的數(shù)字圖像中出現(xiàn)豎直線噪聲。在該實(shí)施例中，除了固有噪聲，施加針對(duì)每個(gè)線的隨機(jī)噪聲，從而在相同列中的像素的AD轉(zhuǎn)換中疊加不同量的噪聲。
[0059]下文偶爾將列ADC310_0至310_N、比較器311_0至311_N、計(jì)數(shù)鎖存器312_0至312_N、像素信號(hào)sig_0至sig_N、計(jì)數(shù)鎖存器控制信號(hào)Ctl_0至Ctl_N和數(shù)字值A(chǔ)D_00至AD_0N分別稱為列ADC310、比較器311、計(jì)數(shù)鎖存器312、像素信號(hào)sig、計(jì)數(shù)鎖存器控制信號(hào)Ctl和數(shù)字值A(chǔ)D_0。
[0060](斜坡生成器)
[0061]圖4是示出斜坡生成器的配置的圖。
[0062]參見(jiàn)圖4，斜坡生成器320包括計(jì)數(shù)器321、DAC322和低通濾波器323。
[0063]計(jì)數(shù)器321從時(shí)序調(diào)整電路340接收用于斜坡生成的時(shí)鐘CLK_R并且接收作為來(lái)自控制電路200的控制信號(hào)之一的重置信號(hào)RST，并且輸出計(jì)數(shù)值。
[0064]DAC322從計(jì)數(shù)器321接收計(jì)數(shù)值并且將其轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)ANC。
[0065]低通濾波器323選擇DAC322的輸出信號(hào)ANC的低頻分量并且將其輸出，由此輸出平滑變化的斜坡信號(hào)Rmp。低通濾波器323可以由串聯(lián)電阻R和并聯(lián)電容C的組合實(shí)現(xiàn)。電阻R和電容C可以制備為元件，或者可以使用寄生元件。
[0066]圖5是示出用于說(shuō)明斜坡信號(hào)Rmp的生成過(guò)程的圖。計(jì)數(shù)器321在重置信號(hào)RST處于高電平時(shí)輸出“O”作為計(jì)數(shù)值。計(jì)數(shù)器321在重置信號(hào)RST改變至低電平時(shí)開(kāi)始從時(shí)間t0計(jì)數(shù)，并且在時(shí)鐘CLK_R的上升邊緣(時(shí)間tl……)處向上計(jì)數(shù)。
[0067]DAC322將計(jì)數(shù)器321的輸出值轉(zhuǎn)換成模擬電壓值，并且將其輸出為信號(hào)ANC。DAC322的值在時(shí)鐘CLK_R的每個(gè)上升邊緣處遞增I。
[0068]低通濾波器323使得信號(hào)ANC平滑變化，從而輸出斜坡信號(hào)Rmp。斜坡信號(hào)Rmp可以通過(guò)調(diào)整低通濾波器323的參數(shù)和時(shí)鐘CLK_R的周期而為近似的直線。
[0069]圖5示出與第一若干時(shí)鐘等同的波形，重復(fù)上述操作，從而斜坡信號(hào)Rmp的范圍是從輸出自圖像傳感器100的像素信號(hào)的最小值至最大值。
[0070](信號(hào)延遲電路)
[0071]圖6是示出根據(jù)第二實(shí)施例的信號(hào)延遲電路的配置的圖。
[0072]參見(jiàn)圖6，信號(hào)延遲電路350包括多相位時(shí)鐘生成電路53、多路復(fù)用器51和多路復(fù)用器52。
[0073]通過(guò)級(jí)聯(lián)單位延遲門(mén)Dl至Dn來(lái)配置多相位時(shí)鐘生成電路53。多相位時(shí)鐘生成電路53接收時(shí)鐘CLK并且輸出多個(gè)延遲時(shí)鐘CLKl至CLKn，多個(gè)延遲時(shí)鐘CLKl至CLKn具有單位延遲門(mén)的每個(gè)延遲時(shí)間的相位差值。
[0074]用于生成最小延遲時(shí)鐘CLKl的延遲門(mén)并不必然具有延遲值，并且可以是普通的緩沖門(mén)。備選地，輸入信號(hào)CLK可以在不經(jīng)過(guò)緩沖門(mén)的情形下直接輸出為最小延遲時(shí)鐘CLKl。
[0075]多路復(fù)用器51從多相位時(shí)鐘生成電路53接收延遲時(shí)鐘CLKl至CLKn，并且根據(jù)隨機(jī)數(shù)RND的值選擇一個(gè)時(shí)鐘，并且將其作為時(shí)鐘CLK_R輸出給斜坡生成器320。通過(guò)以隨機(jī)的方式將參考時(shí)鐘CLK延遲Λ Τ2來(lái)生成時(shí)鐘CLK_R。
[0076]多路復(fù)用器52從多相位時(shí)鐘生成電路53接收延遲時(shí)鐘CLKl至CLKn，并且根據(jù)隨機(jī)數(shù)RND的相反值選擇一個(gè)時(shí)鐘，并且將其作為時(shí)鐘CLK_C輸出給計(jì)數(shù)器330。通過(guò)以隨機(jī)方式將參考時(shí)鐘CLK延遲Λ Tl來(lái)生成時(shí)鐘CLK_C。
[0077]例如，如果最大延遲值是“7”，則隨機(jī)數(shù)RND包括3位，并且隨機(jī)數(shù)RND的范圍從O至7。多路復(fù)用器51和多路復(fù)用器52選擇時(shí)鐘CLKl至CLK8中的任一個(gè)并且將其輸出。
[0078]最大延遲時(shí)鐘CLK8和最小延遲時(shí)鐘CLKl之間的時(shí)間差值(即Λ Tl和Λ Τ2之間的最大差值)位于斜坡生成器320的輸出Rmp的、與ADC310的輸出的(1_1/4) XLSB對(duì)應(yīng)的改變的時(shí)間之內(nèi)。這實(shí)現(xiàn)包括ADC310的少于(1/4) XLSB的固有噪聲在內(nèi)的總計(jì)低于ILSB的噪聲。由于與ILSB對(duì)應(yīng)的時(shí)間是參考時(shí)鐘CLK的周期Τ，因此最大延遲時(shí)鐘CLK8和最小延遲時(shí)鐘CLKl之間的相位延遲位于(1-1/4) XT延遲內(nèi)。
[0079]如果時(shí)鐘CLKi (i=l至8)關(guān)于參考時(shí)鐘CLK的延遲量是iX Ad,則最大延遲量是8 Ad,而最小延遲量是Ad。
[0080]如果隨機(jī)數(shù)RND是“000b”，則多路復(fù)用器51基于隨機(jī)數(shù)RND “000b”選擇時(shí)鐘CLKl作為時(shí)鐘CLK_R，并且多路復(fù)用器52基于隨機(jī)數(shù)RND的相反值“111b”選擇時(shí)鐘CLK8作為時(shí)鐘CLK_C。
[0081]在此情形下，ΛΤ1 (時(shí)鐘CLK_C關(guān)于參考時(shí)鐘CLK的延遲量)是8 Λ d，而ΛΤ2 (時(shí)鐘CLK_R關(guān)于參考時(shí)鐘CLK的延遲量)是Λ d。( Λ Tl+ Λ Τ2) /2等于最大延遲量8 Λ d和最小延遲量Ad的平均值(中間值)。
[0082]此外，如果隨機(jī)數(shù)RND是“101b”，則多路復(fù)用器51基于隨機(jī)數(shù)RND “101b”選擇時(shí)鐘CLK6作為時(shí)鐘CLK_R，而多路復(fù)用器52基于隨機(jī)數(shù)RND的相反值“010b”選擇時(shí)鐘CLK3作為時(shí)鐘CLK_C。[0083]在此情形下，Δ Tl (時(shí)鐘CLK_C關(guān)于參考時(shí)鐘CLK的延遲量)是3 Λ d，而Λ T2 (時(shí)鐘CLK_R關(guān)于參考時(shí)鐘CLK的延遲量)是6 Λ d。( Λ Tl+ Λ Τ2) /2等于最大延遲量8 Λ d和最小延遲量Ad的平均值(中間值)。
[0084]因此，由多路復(fù)用器51和52選擇的兩個(gè)時(shí)鐘的延遲量的平均值可以維持為最大延遲量和最小延遲量的平均值(恒定值)。
[0085](計(jì)數(shù)操作)
[0086]圖7A是用于說(shuō)明在時(shí)鐘CLK_R的相位與相關(guān)領(lǐng)域(related art)中的時(shí)鐘CLK_C的相位相同的情形下的操作的圖。
[0087]在圖7A中，向斜坡生成器320輸入的時(shí)鐘CLK_R的相位與向計(jì)數(shù)器330輸入的時(shí)鐘CLK_C的相位相同。斜坡生成器320基于時(shí)鐘CLK_R生成斜坡信號(hào)Rmp并且將其輸入至比較器311。來(lái)自圖像傳感器100的像素信號(hào)sig被輸入至比較器311。計(jì)數(shù)器330基于時(shí)鐘CLK_C遞增計(jì)數(shù)值Cnt。
[0088]斜坡信號(hào)Rmp在時(shí)間t0時(shí)在時(shí)鐘CLK_R的上升邊緣處上升。計(jì)數(shù)值Cnt在時(shí)間t0時(shí)在時(shí)鐘CLK_C的上升邊緣處更新為“I”。計(jì)數(shù)值Cnt在時(shí)鐘CLK_C的每個(gè)上升邊緣處遞增。
[0089]雖然斜坡信號(hào)Rmp的電壓在理論上在時(shí)間ta處與像素信號(hào)sig的電壓匹配，但是比較器311由于其誤差特性而確定斜坡信號(hào)Rmp的電壓在時(shí)間tl (Ha)處與像素信號(hào)sig的電壓匹配，并且比較器311的輸出信號(hào)Ctl上升。計(jì)數(shù)鎖存器312在信號(hào)Ctl上升時(shí)鎖存計(jì)數(shù)值Cnt為“ I”。因此，從列ADC310輸出的數(shù)字值A(chǔ)D_0是“ I”。時(shí)間ta和tl之間差值是針對(duì)各個(gè)單獨(dú)的比較器311的固定值，其小于(1/4) XT。
[0090]圖7B是用于說(shuō)明在相對(duì)于時(shí)鐘CLK_C延遲時(shí)鐘CLK_R的情形中的操作的圖。
[0091]在圖7B中，由于時(shí)序調(diào)整電路340添加的隨機(jī)噪聲，向斜坡生成器320輸入的時(shí)鐘CLK_R相對(duì)于向計(jì)數(shù)器330輸入的時(shí)鐘CLK_C延遲。使得Λ T表示時(shí)鐘CLK_C和時(shí)鐘CLK_R之間的相位差值，AT等于或小于(3/4) XT。
[0092]計(jì)數(shù)值Cnt在時(shí)間t0時(shí)在時(shí)鐘CLK_C的上升邊緣處更新為“I”。計(jì)數(shù)值Cnt在時(shí)鐘CLK_C的各個(gè)上升邊緣處遞增。斜坡信號(hào)Rmp在時(shí)間t0時(shí)在時(shí)鐘CLK_R的上升邊緣處上升。
[0093]雖然斜坡信號(hào)Rmp的電壓在理論上在時(shí)間tb處與像素信號(hào)sig的電壓匹配，但是比較器311由于其誤差特性而確定斜坡信號(hào)Rmp的電壓在時(shí)間t2 (Hb)處與像素信號(hào)sig的電壓匹配，并且比較器311的輸出信號(hào)Ctl上升。計(jì)數(shù)鎖存器312在信號(hào)Ctl上升時(shí)鎖存計(jì)數(shù)值Cnt為“2”。因此，從列ADC310輸出的數(shù)字值A(chǔ)D_0是“2”。時(shí)間tb和t2之間差值ΛΝ是針對(duì)各個(gè)單獨(dú)的比較器311的固定值，其小于(1/4) XT。此外，時(shí)間tb和ta之間的差值是A T。
[0094]因此，在該示例中，除了相關(guān)領(lǐng)域中的ΛΝ的固定噪聲(小于(1/4) XT)之外，還應(yīng)用ΛΤ的隨機(jī)噪聲(在(3/4) XT內(nèi))。因此，總計(jì)應(yīng)用少于IT的噪聲。針對(duì)各個(gè)線而不同的該隨機(jī)噪聲可以因各個(gè)比較器311的固有特性而防止豎直線出現(xiàn)。
[0095]在該實(shí)施例中，AD轉(zhuǎn)換結(jié)果變?yōu)橹? (相對(duì)于相關(guān)領(lǐng)域中的值+1);然而，添加結(jié)果可以是I (+0)，這取決于像素信號(hào)電壓Sig和隨機(jī)數(shù)RND。
[0096]圖7C是用于說(shuō)明時(shí)鐘CLK_C相對(duì)于時(shí)鐘CLK_R延遲的情形中的操作的圖。[0097]在圖7C中，由于時(shí)序調(diào)整電路340添加的隨機(jī)噪聲，向計(jì)數(shù)器330輸入的時(shí)鐘CLK_C相對(duì)于向斜坡生成器320輸入的時(shí)鐘CLK_R延遲。使得Λ T表示時(shí)鐘CLK_C和時(shí)鐘CLK_R之間的相位差值，AT等于或小于(3/4) XT。
[0098]斜坡信號(hào)Rmp在時(shí)間t0’時(shí)在時(shí)鐘CLK_R的上升邊緣處上升。計(jì)數(shù)值Cnt在時(shí)間t0時(shí)在時(shí)鐘CLK_C的上升邊緣處更新為“I”。計(jì)數(shù)值Cnt在時(shí)鐘CLK_C的每個(gè)上升邊緣處遞增。
[0099]雖然斜坡信號(hào)Rmp的電壓在理論上在時(shí)間tc時(shí)與像素信號(hào)sig的電壓匹配，比較器311由于其誤差特性而確定斜坡信號(hào)Rmp的電壓在時(shí)間t3 Otc)處與像素信號(hào)sig的電壓匹配，并且比較器311的輸出信號(hào)Ctl上升。計(jì)數(shù)鎖存器312在信號(hào)Ctl上升時(shí)鎖存計(jì)數(shù)值Cnt為“I”。因此，從列ADC310輸出的數(shù)字值A(chǔ)D_0是“I”。時(shí)間tc和t3之間差值ΛΝ是針對(duì)各個(gè)單獨(dú)的比較器311的固定值，其小于(1/4) XT。此外，時(shí)間tc和ta之間的差值是A T。
[0100]因此，在該示例中，除了相關(guān)領(lǐng)域中的ΛΝ的固定噪聲(小于(1/4) XT)之外，還應(yīng)用ΛΤ的隨機(jī)噪聲(在(3/4) XT內(nèi))。因此，在相反方向上應(yīng)用總計(jì)小于1/2XT的噪聲。針對(duì)各個(gè)線而不同的該隨機(jī)噪聲可以因各個(gè)比較器311的固有特性而防止豎直線噪聲出現(xiàn)。
[0101]在該實(shí)施例中，由于添加少于ILSB的噪聲，因此AD轉(zhuǎn)換結(jié)果變?yōu)橹礗 (在沒(méi)有噪聲的情形下相對(duì)于該值為-O);然而，減法結(jié)果可以是值0(-1)，這取決于像素信號(hào)電壓Sig和隨機(jī)數(shù)RND。
[0102]雖然通過(guò)時(shí)鐘CLK_R和時(shí)鐘CLK_C具有相同周期的示例方式描述了上述實(shí)施例，但是本發(fā)明不限于此。例如，即使時(shí)鐘CLK_C的周期是時(shí)鐘CLK_R的周期的整數(shù)倍，也可以獲得相同的有利效果。在此情形下，斜坡信號(hào)Rmp變得更接近直線，這帶來(lái)期望添加的隨機(jī)噪聲的平均值接近O的優(yōu)勢(shì)。
[0103]因此，在該實(shí)施例中，在圖像傳感器100的每個(gè)線處理中變化隨機(jī)數(shù)RND，由此變化針對(duì)每個(gè)線提供的隨機(jī)噪聲的量，從而可以向列方向中的像素信號(hào)添加隨機(jī)噪聲。通過(guò)生成具有長(zhǎng)周期的偽隨機(jī)功能的隨機(jī)數(shù)RND，噪聲的平均值在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)在二維中變?yōu)镺。此夕卜，通過(guò)數(shù)字生成用于確定噪聲量的隨機(jī)數(shù)RND，可以使用簡(jiǎn)單電路實(shí)現(xiàn)上述處理。
[0104]由此，可以以較低成本減少專屬于ADC系統(tǒng)的量化數(shù)字線噪聲。即，可以有效地減少在列方向上的豎直條紋(vertical streak),該數(shù)字條紋在視頻拍攝期間在為增加巾貞率而減少ADC的輸出位精度的情形下可見(jiàn)。
[0105]在該實(shí)施例中，假設(shè)時(shí)鐘CLK的周期根據(jù)溫度或電壓的波動(dòng)的范圍是窄的，多相位時(shí)鐘生成電路被配置為具有固定單位延遲門(mén)。然而，在時(shí)鐘CLK的周期根據(jù)溫度和電壓大幅波動(dòng)的情形下，多相位時(shí)鐘生成電路可以配置為具有DLL (延遲鎖定環(huán))。
[0106]此外，雖然在該實(shí)施例中，從列ADC輸出的數(shù)字值的誤差范圍小于數(shù)字值的(1/4) XLSB并且在時(shí)鐘CLK_R和時(shí)鐘CLK_C之間的相位差值位于(1-1/4) XT內(nèi)，本發(fā)明不限于此。在從列ADC輸出的數(shù)字值的誤差范圍小于數(shù)字值的(1/a) XLSB的情形下，在時(shí)鐘CLK_R和時(shí)鐘CLK_C之間的相位差值可以位于(1-1/a) XT內(nèi)。
[0107]此外，雖然在該實(shí)施例中針對(duì)各個(gè)線以隨機(jī)方式設(shè)置在時(shí)鐘CLK_R和時(shí)鐘CLK_C之間的相位差值，但是本發(fā)明不限于此，并且可以使用針對(duì)各個(gè)線而不同的固定值。
[0108]第三實(shí)施例[0109]圖8是顯示根據(jù)第三實(shí)施例的信號(hào)延遲電路的配置的圖。
[0110]信號(hào)延遲電路357包括多相位時(shí)鐘生成電路53、多路復(fù)用器58、59和選擇器56、57。
[0111]多路復(fù)用器59在數(shù)據(jù)輸入端子接收多相位延遲時(shí)鐘CLKl至CLKn，并且在控制端子處接收由偽隨機(jī)數(shù)生成器342生成的隨機(jī)數(shù)RND的第O位至第(m-Ι)位。隨機(jī)數(shù)RND的第i為表示為RNDi Ci=Oto m)。RNDO是隨機(jī)數(shù)RND的LSB (最低有效位)，而RNDm是隨機(jī)數(shù)RND的MSB (最高有效位)。
[0112]在包括第O位至第(m-Ι)位的值是i的情形下，多路復(fù)用器59從多相位延遲時(shí)鐘CLKl至CLKn中選擇并且輸出時(shí)鐘CLKi+Ι。例如，在隨機(jī)數(shù)RND的第O位至第(m_l)位是(0000...0b)的情形下，多路復(fù)用器59選擇時(shí)鐘CLK1，而在隨機(jī)數(shù)RND的第O位至第(m_l)位是(0000...1b)的情形下，多路復(fù)用器59選擇時(shí)鐘CLK2。
[0113]選擇器56在數(shù)據(jù)輸入端子處接收多路復(fù)用器59的輸出和最小延遲時(shí)鐘CLKl，并且在控制端子處接收隨機(jī)數(shù)RND的第m位RNDm。
[0114]如果RNDm是“O”，則選擇器56選擇最小延遲時(shí)鐘CLKl，如果RNDm是“1”，則選擇多路復(fù)用器59的輸出，并且向斜坡生成器320輸出所選擇的時(shí)鐘作為時(shí)鐘CLK_R。
[0115]多路復(fù)用器58在數(shù)據(jù)輸入端子處接收多相位延遲時(shí)鐘CLKl至CLKn，并且在控制端子接收由偽隨機(jī)數(shù)生成器342生成的隨機(jī)數(shù)RND的第O位至第(m-Ι)位。
[0116]在包括隨機(jī)數(shù)RND的第O位至第(m-Ι)位的值是i的情形下，多路復(fù)用器58從多相位延遲時(shí)鐘CLKl至CLKn選擇并且輸出時(shí)鐘CLKi+Ι。例如，如果隨機(jī)數(shù)RND的第O位至第(m-Ι)位是(0000...0b)則多路復(fù)用器58選擇時(shí)鐘CLKl而如果隨機(jī)數(shù)RND的第O位至第(m-Ι)位是(0000...1b)則選擇時(shí)鐘CLK2。
[0117]選擇器57在數(shù)據(jù)輸入端子處接收多路復(fù)用器58的輸出和最小延遲時(shí)鐘CLK1，并且在控制端子處接收隨機(jī)數(shù)RND的第m位RNDm的相反值。
[0118]如果RNDm的相反值是“0”，則選擇器57選擇最小延遲時(shí)鐘CLK1，如果RNDm的相反值是“1”，則選擇多路復(fù)用器58的輸出，并且向計(jì)數(shù)器330輸出所選擇的時(shí)鐘作為時(shí)鐘CLK_C0
[0119]因此，與第二實(shí)施例一樣，該實(shí)施例也可以防止豎直線噪聲的出現(xiàn)。
[0120]第四實(shí)施例
[0121]圖9是示出根據(jù)第四實(shí)施例的信號(hào)處理電路的配置的圖。
[0122]該信號(hào)處理電路301在時(shí)序調(diào)整電路方面與圖3中的信號(hào)處理電路300不同。
[0123]時(shí)序調(diào)整電路348使參考時(shí)鐘CLK作為時(shí)鐘CLK_C通過(guò)。時(shí)序調(diào)整電路348通過(guò)以隨機(jī)方式將參考時(shí)鐘CLK延遲Λ T來(lái)生成時(shí)鐘CLK_R。AT的最大值是(1-1/4) XT。T是參考時(shí)鐘CLK的周期。
[0124]在信號(hào)處理電路301中包括的時(shí)序調(diào)整電路348包括與第二實(shí)施例不同的信號(hào)延遲電路358。
[0125]此外，時(shí)序調(diào)整電路348向計(jì)數(shù)器330輸出作為時(shí)鐘CLK_C的時(shí)鐘CLK。
[0126]圖10是示出根據(jù)第四實(shí)施例的信號(hào)延遲電路的配置的圖。信號(hào)延遲電路358包括多相位時(shí)鐘生成電路53和多路復(fù)用器151。
[0127]多相位時(shí)鐘生成電路53由級(jí)聯(lián)單元延遲門(mén)Dl至Dn配置而成。多相位時(shí)鐘生成電路53接收時(shí)鐘CLK并且輸出具有單元延遲門(mén)的各個(gè)延遲時(shí)間的相位差值的多個(gè)延遲時(shí)鐘 CLKl 至 CLKn。
[0128]多路復(fù)用器151從多相位時(shí)鐘生成電路53接收延遲時(shí)鐘CLKl至CLKn，并且根據(jù)隨機(jī)數(shù)RND的值選擇一個(gè)延遲時(shí)鐘，并且將其作為時(shí)鐘CLK_R輸出至斜坡生成器。
[0129]例如，如果最大延遲量是“7”，則隨機(jī)數(shù)RND包括3位，并且隨機(jī)數(shù)RND的值的范圍是從O至7。多路復(fù)用器151選擇并且輸出時(shí)鐘CLKl至CLK8中的任一個(gè)時(shí)鐘。
[0130]在最大延遲時(shí)鐘CLK8和時(shí)鐘CLK (=時(shí)鐘CLK_C)之間的時(shí)間差值位于斜坡生成器320的輸出Rmp的、與ADC310的輸出的(1_1/4) XLSB對(duì)應(yīng)的改變時(shí)間內(nèi)。這實(shí)現(xiàn)了包括ADC310的少于(1/4) XLSB的固有噪聲在內(nèi)的、總計(jì)小于ILSB的噪聲。由于與ILSB對(duì)應(yīng)的時(shí)間是參考時(shí)鐘CLK的周期T，因此在最大延遲時(shí)鐘CLK8和時(shí)鐘CLK (時(shí)鐘CLK_C)之間的相位差值位于(1-1/4) XT內(nèi)。
[0131]因此，與第二實(shí)施例一樣，該實(shí)施例也可以防止豎直線噪聲的出現(xiàn)。
[0132]第五實(shí)施例
[0133]圖11是示出根據(jù)第五實(shí)施例的信號(hào)處理電路的配置的圖。
[0134]該信號(hào)處理電路302與圖3中的信號(hào)處理電路300的不同之處在于時(shí)序調(diào)整電路。
[0135]時(shí)序調(diào)整電路349使作為時(shí)鐘CLK_R的參考時(shí)鐘CLK通過(guò)。時(shí)序調(diào)整電路349通過(guò)以隨機(jī)方式將參考時(shí)鐘CLK延遲AT來(lái)生成時(shí)鐘CLK_C。AT的最大值是(1-1/4) XT。T是參考時(shí)鐘CLK的周期。
[0136]在信號(hào)處理電路302中包括的時(shí)序調(diào)整電路349包括與第二實(shí)施例的信號(hào)延遲電路不同的信號(hào)延遲電路359。
[0137]此外，時(shí)序調(diào)整電路349將作為時(shí)鐘CLK_R的時(shí)鐘CLK輸出給斜坡生成器320。
[0138]圖12是示出根據(jù)第五實(shí)施例的信號(hào)延遲電路的配置的圖。信號(hào)延遲電路359包括多相位時(shí)鐘生成電路53和多路復(fù)用器151。
[0139]多相位時(shí)鐘生成電路53通過(guò)級(jí)聯(lián)單元延遲門(mén)Dl至Dn配置而成。多相位時(shí)鐘生成電路53接收時(shí)鐘CLK，并且輸出具有單位延遲門(mén)的各個(gè)延遲時(shí)間的相位差值的多個(gè)延遲時(shí)鐘 CLKl 至 CLKn。.[0140]多路復(fù)用器151從多相位時(shí)鐘生成電路53接收延遲時(shí)鐘CLKl至CLKn，并且根據(jù)隨機(jī)數(shù)RND的值選擇一個(gè)延遲時(shí)鐘，并且將其作為時(shí)鐘CLK_C輸出給計(jì)數(shù)器30。
[0141]例如，如果最大延遲量是“7”，則隨機(jī)數(shù)RND包括3位，并且隨機(jī)數(shù)RND的值的范圍從O至7。多路復(fù)用器151選擇并且輸出時(shí)鐘CLKl至CLK8的任一個(gè)。
[0142]在最大延遲時(shí)鐘CLK8和時(shí)鐘CLK (=時(shí)鐘CLK_R)之間的時(shí)間差值位于斜坡生成器320的輸出Rmp的、與ADC310的輸出的(1_1/4) XLSB對(duì)應(yīng)的改變時(shí)間之內(nèi)。這實(shí)現(xiàn)了包括ADC310的少于(1/4) XLSB的固有噪聲在內(nèi)的、總計(jì)小于ILSB的噪聲。由于與ILSB對(duì)應(yīng)的時(shí)間是參考時(shí)鐘CLK的周期T，因此在最大延遲時(shí)鐘CLK8和時(shí)鐘CLK (時(shí)鐘CLK_R)之間的相位差值位于(1-1/4) XT內(nèi)。
[0143]因此，與第二實(shí)施例一樣，該實(shí)施例也可以防止豎直線噪聲的出現(xiàn)。
[0144]雖然已基于示出的實(shí)施例具體描述本發(fā)明人在上文做出的發(fā)明，但是本發(fā)明不限于此。無(wú)需贅言，可以在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的情形下對(duì)其做出各種改變和修改。
【權(quán)利要求】
1.一種固態(tài)圖像感測(cè)設(shè)備，包括: 圖像傳感器，其中用于將入射光光電轉(zhuǎn)換成模擬像素信號(hào)的多個(gè)單元像素被布置成矩陣； 斜坡生成器，用于根據(jù)具有周期T的第一時(shí)鐘生成并且輸出斜坡信號(hào)； 計(jì)數(shù)器，用于根據(jù)第二時(shí)鐘更新計(jì)數(shù)值，所述第二時(shí)鐘具有與所述第一時(shí)鐘的所述周期相等或?yàn)槠湔麛?shù)倍的周期，并且所述第二時(shí)鐘具有與所述第一時(shí)鐘的相位不同的相位； 多個(gè)比較器，每個(gè)比較器將來(lái)自所述圖像傳感器中對(duì)應(yīng)列的模擬像素信號(hào)和來(lái)自所述斜坡生成器的斜坡信號(hào)進(jìn)行比較； 多個(gè)計(jì)數(shù)鎖存器，每個(gè)鎖存器在所述像素信號(hào)與所述斜坡信號(hào)在對(duì)應(yīng)比較器處匹配的時(shí)序處鎖存輸出自所述計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值，并且將其作為所述像素信號(hào)的數(shù)字值輸出；以及 時(shí)序調(diào)整電路，用于生成所述第一時(shí)鐘和所述第二時(shí)鐘，從而在所述第一時(shí)鐘和所述第二時(shí)鐘之間的相位差值位于預(yù)定范圍內(nèi)并且根據(jù)所述圖像傳感器中的線而不同。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)圖像感測(cè)設(shè)備，其中如果所述數(shù)字值的誤差范圍是所述數(shù)字值的ILSB (最低有效位)的Ι/a，則所述預(yù)定范圍是(1-1/a) XT。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的固態(tài)圖像感測(cè)設(shè)備，其中所述時(shí)序調(diào)整電路生成所述第一時(shí)鐘和所述第二時(shí)鐘，從而針對(duì)所述圖像傳感器的各個(gè)線，在所述第一時(shí)鐘和所述第二時(shí)鐘之間的所述相位差值變?yōu)樗鲱A(yù)定范圍內(nèi)的隨機(jī)值。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的固態(tài)圖像感測(cè)設(shè)備，其中所述時(shí)序調(diào)整電路使作為所述第一時(shí)鐘的參考時(shí)鐘通過(guò)，并且通過(guò)以隨機(jī)方式將所述參考時(shí)鐘延遲Λ T來(lái)生成所述第二時(shí)鐘，并且AT的最大值是(1-1/a) XT。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的固態(tài)圖像感測(cè)設(shè)備，其中所述時(shí)序調(diào)整電路生成作為所述第二時(shí)鐘的參考時(shí)鐘，并且通過(guò)以隨機(jī)方式將所述參考時(shí)鐘延遲Λ T來(lái)生成所述第一時(shí)鐘，并且Λ T的最大值是(1-1/a) XT。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的固態(tài)圖像感測(cè)設(shè)備，其中所述時(shí)序調(diào)整電路通過(guò)以隨機(jī)方式將參考時(shí)鐘延遲Λ Tl來(lái)生成所述第一時(shí)鐘，并且通過(guò)以隨機(jī)方式將參考時(shí)鐘延遲ΛΤ2來(lái)生成所述第二時(shí)鐘，并且在ΛΤ2和Λ Tl之間的最大差值是(l_l/a)XT。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的固態(tài)圖像感測(cè)設(shè)備，其中所述時(shí)序調(diào)整電路生成所述第一時(shí)鐘和所述第二時(shí)鐘，從而(ΛΤ1+ΛΤ2)/2=(ΜΑΧ+ΜΙΝ)/2，其中MIN表示ΛΤ1和ΛΤ2的最小值，并且MAX表示Λ Tl和Λ Τ2的最大值。
【文檔編號(hào)】H04N5/3745GK103795941SQ201310522572
【公開(kāi)日】2014年5月14日 申請(qǐng)日期:2013年10月29日 優(yōu)先權(quán)日:2012年10月30日
【發(fā)明者】志田光司, 大倉(cāng)俊介, 清水大數(shù) 申請(qǐng)人:瑞薩電子株式會(huì)社