Ad轉(zhuǎn)換電路以及固體攝像裝置的制造方法
【專利說明】AD轉(zhuǎn)換電路以及固體攝像裝置
[0001]關(guān)聯(lián)申請
[0002]本申請享受以日本專利申請2013 - 237332號(申請日:2013年11月15日)為基礎(chǔ)申請的優(yōu)先權(quán)。本申請通過參照該基礎(chǔ)申請而包含基礎(chǔ)申請的全部的內(nèi)容。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本實施方式涉及AD轉(zhuǎn)換電路以及固體攝像裝置。
【背景技術(shù)】
[0004]固體攝像裝置中，按照形成多個行以及多個列的多個像素的列而設(shè)置單斜型(single slope type)的AD轉(zhuǎn)換電路,將來自各列像素的模擬信號通過AD轉(zhuǎn)換電路進行AD轉(zhuǎn)換而生成數(shù)字信號。在該AD轉(zhuǎn)換電路中，通過將斜面(ramp)狀的斜坡電壓和像素的模擬信號比較，像素的模擬信號的電平隨時間地被轉(zhuǎn)換，將該時間通過計數(shù)器電路進行計數(shù)(像素計數(shù))。由此，像素的模擬信號被轉(zhuǎn)換為數(shù)字值。此時，為了提高AD轉(zhuǎn)換電路的性能，期望的是，將模擬信號的電平的計數(shù)(像素計數(shù))所需的時間減少。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的課題是，提供一種能夠減少模擬信號的電平的計數(shù)(像素計數(shù))所需的時間的AD轉(zhuǎn)換電路以及固體攝像裝置。
[0006]一實施方式的AD轉(zhuǎn)換電路，是單斜型的AD轉(zhuǎn)換電路，具備:
[0007]第一比較器，將從第一電平起到中間電平為止以第一斜率隨時間而變化的第一斜坡電壓的電位電平，與來自像素的模擬信號的電位電平進行比較；
[0008]第二比較器，將從第二電平到上述中間電平為止以與上述第一斜率相反的第二斜率隨時間而變化的第二斜坡電壓的電位電平，與來自上述像素的模擬信號的電位電平進行比較；
[0009]計數(shù)器，在上述第一斜坡電壓的電位電平的變化與上述第二斜坡電壓的電位電平的變化被并行地進行的狀態(tài)下，對到上述第一比較器以及上述第二比較器中的某一個比較器的輸出信號反轉(zhuǎn)為止的時鐘數(shù)進行計數(shù)；
[0010]參考計數(shù)器，恒定地輸出滿(full)計數(shù)值；以及
[0011]生成電路，在上述第一比較器的輸出信號反轉(zhuǎn)的情況下，生成與上述計數(shù)器的計數(shù)值相應(yīng)的數(shù)字值并輸出，在上述第二比較器的輸出信號反轉(zhuǎn)的情況下，生成與上述參考計數(shù)器的滿計數(shù)值減去了上述計數(shù)器的計數(shù)值后得到的值相應(yīng)的數(shù)字值并輸出。
[0012]其他的實施方式的固體攝像裝置具備:以成為多個行以及多個列的方式排列的多個上述像素；以及與上述多個像素的列對應(yīng)而配置的上述一實施方式所記載的多個AD轉(zhuǎn)換電路。
[0013]此外，另一個實施方式的AD轉(zhuǎn)換電路是單斜型的AD轉(zhuǎn)換電路，具備:
[0014]第一比較器，將從第一電平起到中間電平為止以第一斜率隨時間而變化的第一斜坡電壓的電位電平，與來自像素的模擬信號的電位電平進行比較；
[0015]第二比較器，將從第二電平起到上述中間電平為止以與上述第一斜率相反的第二斜率隨時間而變化的第二斜坡電壓的電位電平，與來自上述像素的模擬信號的電位電平進行比較；
[0016]第一計數(shù)器，在上述第一斜坡電壓的電位電平的變化與上述第二斜坡電壓的電位電平的變化并行地進行的狀態(tài)下，對到上述第一比較器的輸出信號反轉(zhuǎn)為止的時鐘數(shù)，從零計數(shù)值起進行遞增計數(shù)；
[0017]第二計數(shù)器，在上述第一斜坡電壓的電位電平的變化與上述第二斜坡電壓的電位電平的變化并行地進行的狀態(tài)下，對到上述第二比較器的輸出信號反轉(zhuǎn)為止的時鐘數(shù)，從滿計數(shù)值起進行遞減計數(shù)；以及
[0018]生成電路，在上述第一比較器的輸出信號反轉(zhuǎn)的情況下，生成與上述第一計數(shù)器的計數(shù)值相應(yīng)的數(shù)字值并輸出，在上述第二比較器的輸出信號反轉(zhuǎn)的情況下，生成與上述第二計數(shù)器的計數(shù)值相應(yīng)的數(shù)字值并輸出。
[0019]此外，進一步地，另一個實施方式的固體攝像裝置，具備:以成為多個行以及多個列的方式排列的多個上述像素；以及與上述多個像素的列對應(yīng)而配置的上述別的實施方式所記載的多個AD轉(zhuǎn)換電路，
[0020]在對上述像素的信號電平進行采樣的期間內(nèi)，上述第一斜坡電壓進行多次從上述第一電平起到上述中間電平的變化，
[0021]在對上述像素的信號電平進行采樣的期間內(nèi)，上述第二斜坡電壓進行多次從上述第二電平起到上述中間電平的變化，
[0022]在上述第一比較器的輸出信號反轉(zhuǎn)的情況下，對于上述第一斜坡電壓的多次變化中的各次變化，上述生成電路生成與上述第一計數(shù)器的計數(shù)值相應(yīng)的數(shù)字值生成，并將所生成的多個數(shù)字值平均化而輸出，在上述第二比較器的輸出信號反轉(zhuǎn)的情況下，對于上述第二斜坡電壓的多次變化中的各次變化，上述生成電路生成與上述第二計數(shù)器的計數(shù)值相應(yīng)的數(shù)字值，并將所生成的多個數(shù)字值平均化而輸出。
[0023]根據(jù)上述構(gòu)成的AD轉(zhuǎn)換電路以及固體攝像裝置，能夠減少模擬信號的電平的計數(shù)(像素計數(shù))所需要的時間。
【附圖說明】
[0024]圖1是表示第一實施方式的固體攝像裝置的構(gòu)成的圖。
[0025]圖2是表示第一實施方式的AD轉(zhuǎn)換電路的構(gòu)成的圖。
[0026]圖3是表示第一實施方式的參考計數(shù)器的配置區(qū)域(虛設(shè)(dummy)區(qū)域)的圖。
[0027]圖4是表示第一實施方式的固體攝像裝置的動作的波形圖。
[0028]圖5是表示第一實施方式的固體攝像裝置的動作的波形圖。
[0029]圖6是表示第二實施方式的AD轉(zhuǎn)換電路的構(gòu)成的圖。
[0030]圖7是表示第二實施方式的固體攝像裝置的動作的波形圖。
[0031]圖8是表示第二實施方式的固體攝像裝置的動作的波形圖。
[0032]圖9是表示第三實施方式的AD轉(zhuǎn)換電路的構(gòu)成的圖。
[0033]圖10是表示第三實施方式的固體攝像裝置的動作的波形圖。
[0034]圖11是表示第三實施方式的固體攝像裝置的動作的波形圖。
[0035]圖12A以及圖12B是表示第三實施方式的效果的圖。
[0036]圖13是表示第四實施方式的固體攝像裝置的構(gòu)成的圖。
[0037]圖14是表示第四實施方式的AD轉(zhuǎn)換電路的構(gòu)成的圖。
[0038]圖15是表示采用了基本形態(tài)的固體攝像裝置的攝像系統(tǒng)的構(gòu)成的圖。
[0039]圖16是表示采用了基本形態(tài)的固體攝像裝置的攝像系統(tǒng)的構(gòu)成的圖。
[0040]圖17是表示基本形態(tài)的固體攝像裝置的構(gòu)成的圖。
[0041]圖18是表示基本形態(tài)的像素的構(gòu)成的圖。
[0042]圖19是表示基本形態(tài)的AD轉(zhuǎn)換電路的構(gòu)成的圖。
[0043]圖20是表示基本形態(tài)的固體攝像裝置的動作的波形圖。
【具體實施方式】
[0044]根據(jù)實施方式，提供一種單斜型的AD轉(zhuǎn)換電路，該AD轉(zhuǎn)換電路具有第一比較器、第二比較器、計數(shù)器、參考計數(shù)器以及生成電路。第一比較器將第一斜坡電壓的電位電平與來自像素的模擬信號的電位電平比較。第一斜坡電壓是從第一電平起到中間電平為止以第一斜率隨時間而變化的電壓。第二比較器將第二斜坡電壓的電位電平與來自像素的模擬信號的電位電平比較。第二斜坡電壓是從第二電平到中間電平為止以第二斜率隨時間而變化的電壓。第二斜率是與第一斜率相反的斜率。計數(shù)器在第一斜坡電壓的電位電平的變化和第二斜坡電壓的電位電平的變化并行地進行的狀態(tài)下，對到第一比較器以及第二比較器中的某一個的輸出信號反轉(zhuǎn)為止的時鐘數(shù)進行計數(shù)。參考計數(shù)器將滿計數(shù)值恒定地輸出。生成電路在第一比較器的輸出信號反轉(zhuǎn)的情況下，生成與計數(shù)器的計數(shù)值相應(yīng)的數(shù)字值并輸出。生成電路在第二比較器的輸出信號反轉(zhuǎn)的情況下，生成與參考計數(shù)器的滿計數(shù)值減去了計數(shù)器的計數(shù)值后得到的值相應(yīng)的數(shù)字值并輸出。
[0045]以下參考附圖，詳細(xì)說明實施方式的固體攝像裝置。另外，并不通過這些實施方式限定本發(fā)明。
[0046](第一實施方式)
[0047]首先，在說明第一實施方式的固體攝像裝置195之前，說明基本形態(tài)的固體攝像裝置95。固體攝像裝置95適用于例如圖15以及圖16所示的攝像系統(tǒng)91。圖15以及圖16是表示攝像系統(tǒng)91的概略構(gòu)成的圖。
[0048]攝像系統(tǒng)91可以是例如數(shù)碼相機、數(shù)碼攝像機等，也可以是將攝像機模塊應(yīng)用于電子設(shè)備而成的結(jié)構(gòu)(例如帶攝像機的便攜式終端等)。攝像系統(tǒng)91如圖16所示具備攝像部92以及后級處理部93。攝像部92例如是攝像機模塊。攝像部92具有攝像光學(xué)系統(tǒng)94以及固體攝像裝置95。后級處理部93具有ISP(Image Signal Processor)96、存儲部97以及顯示部98。
[0049]攝像光學(xué)系統(tǒng)94具有攝影透鏡947、半反射鏡943、機械快門946、透鏡944、棱鏡945以及取景器948。攝影透鏡947具有攝影透鏡947a、947b、光圈(未圖示)以及透鏡驅(qū)動機構(gòu)947c。光圈配置在攝影透鏡947a和攝影透鏡947b之間,對導(dǎo)向攝影透鏡947b的光量進行調(diào)節(jié)。另外，圖15中，例示地表示了攝影透鏡947具有2片攝影透鏡947a、947b的情況，但攝影透鏡947可以具有多片攝影透鏡。
[0050]固體攝像裝置95配置在攝影透鏡947的預(yù)定成像面。例如，攝影透鏡947使入射的光折射，經(jīng)由半反射鏡943以及機械快門946而導(dǎo)向固體攝像裝置95的攝像面，在固體攝像裝置95的攝像面(像素排列PA)形成被攝體的像。固體攝像裝置95生成與被攝體像相應(yīng)的圖像信號。
[0051]接著，使用圖17?圖20來說明基本形態(tài)的固體攝像裝置95的構(gòu)成。圖17是表示固體攝像裝置95的構(gòu)成的圖。圖18是表示各像素的構(gòu)成的圖。圖19是表示各AD轉(zhuǎn)換電路的構(gòu)成的圖。圖20是表示固體攝像裝置95的動作的波形圖。
[0052]固體攝像裝置95如圖17所示具有像素排列PA、定時控制電路7、垂直掃描電路2、多個負(fù)載電路3 — I?3 — η、多個AD轉(zhuǎn)換電路I 一 I?I 一 η以及水平掃描電路5。
[0053]在像素排列PA，多個像素PC(1，I)?PC(m，η)排列為形成多行以及多列。例如，圖17中，在將m、η分別設(shè)為2以上的整數(shù)時，多個像素PC排列為形成m行以及η列。
[0054]各像素PC如圖18所示具有例如光電轉(zhuǎn)換部H)、傳送部TG、電荷電壓轉(zhuǎn)換部FD、復(fù)位部RST以及輸出部AMP。圖18是表示像素PC的構(gòu)成的圖。圖18中例示地示出了像素PC(Ll)的構(gòu)成，但其他的像素的構(gòu)成也同樣。
[0055]光電轉(zhuǎn)換部ro進行光電轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生并積蓄與所接受的光相應(yīng)的電荷。光電轉(zhuǎn)換部ro例如是光電二極管。
[0056]傳送部TG在從垂直掃描電路2接受到有效電平的控制信號CtREAD的情況下，將光電轉(zhuǎn)換部ro的電荷向電荷電壓轉(zhuǎn)換部FD傳送。傳送部TG是例如作為傳輸門(Transfergate)而發(fā)揮功能的傳送晶體