專利名稱：恒流源、斜坡電壓發(fā)生電路、a/d轉(zhuǎn)換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及A/D (模擬/數(shù)字)轉(zhuǎn)換器，該A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)1個(gè)或者多 個(gè)被轉(zhuǎn)換模擬電壓進(jìn)行采樣保持，并將采樣保持的所述1個(gè)或者多個(gè)被所述1個(gè)或者多個(gè)被轉(zhuǎn)換沖莫擬電壓的每一個(gè)分別轉(zhuǎn)換成與所述參考電壓 對(duì)應(yīng)的數(shù)字值并輸出，特別涉及平行列A/D轉(zhuǎn)換器。此外，本發(fā)明特別背景技術(shù)近年來，固體攝像元件所使用的A/D轉(zhuǎn)換器越發(fā)要求高速、低功耗。 為了滿足這種要求，采用平行列A/D轉(zhuǎn)換器的情況較多(例如，參考特 開2000-286706號(hào)^^艮)。圖11是表示現(xiàn)有的平行列A/D轉(zhuǎn)換器的概略結(jié)構(gòu)的電路方框圖。 對(duì)于平行列A/D轉(zhuǎn)換器51來說，作為電路要素，具有反相器電路12、 將反相器電路12的輸入節(jié)點(diǎn)CPI以及輸出節(jié)點(diǎn)CPO短路的開關(guān)RS、用 于對(duì)被轉(zhuǎn)換模擬電壓進(jìn)行采樣的電容器CT、用于產(chǎn)生電壓值在固定期 間單調(diào)變化的斜坡電壓Vramp的斜坡電壓發(fā)生電路50、用于將斜坡電壓 vramp傳輸?shù)捷斎牍?jié)點(diǎn)CPI的電容器CR和開關(guān)S3、對(duì)與斜坡電壓的電 壓值變化相對(duì)應(yīng)的數(shù)字值(n位的2值信號(hào))進(jìn)行計(jì)數(shù)并輸出的計(jì)數(shù)器 15、用于對(duì)被轉(zhuǎn)換模擬電壓進(jìn)行采樣的開關(guān)SS、用于將與被轉(zhuǎn)換模擬電 壓對(duì)應(yīng)的計(jì)數(shù)器輸出鎖存的鎖存電路13。并且，在圖11中，在對(duì)平行 列A/D轉(zhuǎn)換器51輸入與入射光量相對(duì)應(yīng)的電壓的固體攝像元件的像素 部16、以及向節(jié)點(diǎn)VIN導(dǎo)入基于由在像素部16中進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換而生成 的電荷量的電壓的恒流源Ix —起進(jìn)行圖示。參照?qǐng)D12的動(dòng)作時(shí)序圖對(duì)平行列A/D轉(zhuǎn)換器51的A/D轉(zhuǎn)換動(dòng)作進(jìn) 行說明。在定時(shí)tl,使像素部16的開關(guān)RX接通，由此，節(jié)點(diǎn)FD被復(fù)位成 電壓VoD,節(jié)點(diǎn)VIN經(jīng)由MOS晶體管MA^R充電成高電位。而且，同時(shí)地，開關(guān)RS接通，反相器電路12的輸入節(jié)點(diǎn)CPI和輸出節(jié)點(diǎn)CPO 短路，輸入節(jié)點(diǎn)CPI被自動(dòng)地復(fù)位成反相器電路12的輸入判恒定電壓 (自動(dòng)調(diào)零電平)。同時(shí)地，開關(guān)SS接通，但是，其它開關(guān)S3、 TX 為斷開狀態(tài)。在定時(shí)t2，使開關(guān)RX斷開，由此，節(jié)點(diǎn)VIN呈現(xiàn)復(fù)位電壓。在定 時(shí)t3,使開關(guān)RS斷開，由此，電容器CT對(duì)復(fù)位電壓進(jìn)行采樣。接著，在定時(shí)t4,使開關(guān)TX接通時(shí)，由像素部16的光電轉(zhuǎn)換元件 (光電二極管)PD進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換后并存儲(chǔ)的電荷被傳送到節(jié)點(diǎn)FD，節(jié) 點(diǎn)VIN轉(zhuǎn)換成與進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換后的電荷量對(duì)應(yīng)的電壓電平(光電轉(zhuǎn)換電 平)。在節(jié)點(diǎn)VIN的電壓電平穩(wěn)定的定時(shí)t5,使開關(guān)TX斷開并使開關(guān) S3接通時(shí)，電容器CR保持該時(shí)刻的節(jié)點(diǎn)VIN的電壓電平(光電轉(zhuǎn)換電平)和斜坡電壓VRAMP的初始電壓的差電壓。接著，在定時(shí)t6，使開關(guān)SS斷開，由此，輸入節(jié)點(diǎn)CPI保持節(jié)點(diǎn) VIN的復(fù)位電壓(定時(shí)t3)和光電轉(zhuǎn)換電平(定時(shí)t6)的差分值VSIG 作為被轉(zhuǎn)換模擬電壓來保持。在定時(shí)t7，使斜坡電壓VRAMP的電壓值開始緩慢增加時(shí)，輸入節(jié)點(diǎn) CPI的電壓也與斜坡電壓VRAMP的電壓增加量成比例地增加。另外，在定時(shí)t7,計(jì)數(shù)器15的增加計(jì)數(shù)也同時(shí)開始。在定時(shí)t8,輸入節(jié)點(diǎn)CPI的電壓電平超過反相器電路12的輸入判 定電壓時(shí)，反相器電路12使輸入節(jié)點(diǎn)CP0的輸出電平反轉(zhuǎn)。鎖存電路 13響應(yīng)輸出節(jié)點(diǎn)CPO的輸出變化而保持計(jì)數(shù)器輸出的值。這里，差分值VsKj是對(duì)應(yīng)于針對(duì)光電轉(zhuǎn)換元件PD的入射光量的電 壓，已被鎖存的計(jì)數(shù)器輸出的值是差分值Vsm的A/D轉(zhuǎn)換值(數(shù)字值)。 利用以上要點(diǎn)而輸出由鎖存電路13所保持的A/D轉(zhuǎn)換值，由此，平行 列A/D轉(zhuǎn)換器51結(jié)束被轉(zhuǎn)換模擬電壓VSIG的A/D轉(zhuǎn)換動(dòng)作。此外，在特開2006-018663號(hào)公報(bào)中記載了表示斜坡電壓發(fā)生電路 50的概略結(jié)構(gòu)的圖。圖13是表示記載在所述特開2006-018663號(hào)公報(bào)中的現(xiàn)有的斜坡電 壓發(fā)生電路的概略結(jié)構(gòu)的電路方框圖?，F(xiàn)有結(jié)構(gòu)的斜坡電壓發(fā)生電路50 具有產(chǎn)生恒定電壓的穩(wěn)定電壓源Vref、運(yùn)算放大器AMP1、 MOS晶體管 MNSF、用于根據(jù)運(yùn)算放大器AMP1的輸入電壓產(chǎn)生恒定電流的電阻 Rref、構(gòu)成電流鏡的MOS晶體管MP1及MP2、 MN1和MN2、控制斜坡波的發(fā)生定時(shí)的開關(guān)SW一ramp、運(yùn)算放大器AMPint、電容性負(fù)栽Cint、 穩(wěn)定電壓源Vc、及用于在電容性負(fù)栽Cint中將充電量進(jìn)行復(fù)位的開關(guān) SW_reset而構(gòu)成。而且，為了避免由增加記號(hào)所導(dǎo)致的復(fù)雜度，下面將賦予各個(gè)電容 器(電容性負(fù)栽)的符號(hào)直接表示該電容器的靜電電容值，同樣地，將 賦予各個(gè)電阻負(fù)載的符號(hào)直接表示該電阻負(fù)栽的電阻值。即，在不產(chǎn)生 混淆的范圍內(nèi)對(duì)電容器的符號(hào)和電容器的靜電電容值使用同一個(gè)符號(hào)， 對(duì)電阻的符號(hào)和電阻表示的電阻值使用同 一個(gè)符號(hào)進(jìn)行說明。向運(yùn)算放大器AMP1的非反轉(zhuǎn)輸入端子輸入來自穩(wěn)定電壓源的輸 出電壓VREF。由于可以將運(yùn)算放大器AMP1的非反轉(zhuǎn)輸入端子和反轉(zhuǎn)輸入端子假想短路，因此輸入到反轉(zhuǎn)輸入端子的電壓VREF一COPY(節(jié)點(diǎn)VREF—COPY的電壓)成為與節(jié)點(diǎn)VREF的電壓VREF相同的電壓。因此， 流過電阻Rref的電流Iref可以以下列公式1來求得。7 r "胖W^^-^ (1)并且，利用由晶體管MP1及MP2構(gòu)成的電流鏡可以將與由以上公 式1求得的電流Iref相同的電流向晶體管MP2導(dǎo)入，并且，利用由晶體 管MN1及MN2構(gòu)成的電流鏡可以將與電流Iref相同的電流lint向晶體 管MN2導(dǎo)入。即，Iint可以由下列公式2來算出。//打〖=何=^^ (2)所述電流Iint為依賴于被蓄積在電容性負(fù)載Cint中的電荷的充放電 速度的值。根據(jù)圖13，由運(yùn)算放大器AMPint的反轉(zhuǎn)輸入端子與輸出端 子的電壓差來決定被施加于電容性負(fù)載Cint的兩端的電壓，若運(yùn)算放大 器的反轉(zhuǎn)輸入端子與非反轉(zhuǎn)輸入端子表示假想短路狀態(tài)，所以，為相同 電位，則下列公式3成立。此處，對(duì)于斜i皮電壓發(fā)生電路50來說，開關(guān)SW—reset被接通，由 此，使電容性負(fù)載Cint的兩端為相同電位，成為復(fù)位狀態(tài)。此外，開關(guān) SW—ramp接通，由此，可以對(duì)流過電流lint的定時(shí)進(jìn)行控制。即，為如 下的結(jié)構(gòu)根據(jù)兩個(gè)開關(guān)的接通斷開控制，決定斜坡電壓的發(fā)生定時(shí)及 電壓波形。圖14是斜坡電壓發(fā)生電路50產(chǎn)生的斜坡電壓的波形例及其時(shí)序 圖。在定時(shí)t7之前，開關(guān)SW—reset接通，由此，進(jìn)行電容Cint的復(fù)位。 通過該復(fù)位動(dòng)作，斜坡電壓發(fā)生電路50的輸出端子(輸出節(jié)點(diǎn))表示 的電壓Vramp表示與非反轉(zhuǎn)輸入端子相同的電壓(Vc)。之后，開關(guān) SW_reset斷開之后，在定時(shí)t7,將開關(guān)SW一ramp接通，由此，利用恒 定電流Iint從電容性負(fù)載Cint中抽出電荷，由此，電壓Vramp表示傾斜 角為0的斜坡電壓波形。自定時(shí)t7經(jīng)過時(shí)間Tint后，斷開開關(guān)SW_ramp 之前，該斜坡電壓上升。將開關(guān)SW—ramp斷開時(shí)刻的斜坡電壓Vramp 的增量值(波高值)規(guī)定為滿量程電壓VFS。此時(shí)，根據(jù)圖14,利用下列的公式4算出自定時(shí)t7至經(jīng)過Tint的 之間的時(shí)刻t的斜坡電壓Vramp的值。即，圖14所示的斜坡電壓Vramp的的變化的傾斜角6如下公式5 所示。而且，圖中的傾斜角e的維度為(電壓/時(shí)間)，表示平均單位時(shí) 間的電壓變化量。<formula>formula see original document page 8</formula> (5)此外，圖14中的滿量程電壓Vfs若參照所述公式5，則可以如下公 式6所示。<formula>formula see original document page 8</formula> (6)可是，根據(jù)Razavi, "Design of Analog CMOS Integrated Circuits", McGrawHi112001,記載由如下內(nèi)容對(duì)于i殳置在集成電路上的電阻元件 的電阻值或電容性負(fù)栽的靜電電容值來說,在晶片間或批次間，分別產(chǎn) 生±20%左右的分散。若所述斜坡電壓發(fā)生電路50鑒于這些，則意味著 電阻Rref及電容性負(fù)載Cint的值分別具有士20o/o左右的分散。因此，若 將電阻Rref的平均值、電容性負(fù)栽Cint的平均值分別定為Rrefb、 Cintb, 則根據(jù)公式5，斜坡電壓VRAMP的傾斜角e取得如下公式7所示的范圍。<formula>formula see original document page 8</formula>(7)而且，公式7表示電阻Rref及電容性負(fù)載Cint分別最極端地分散 的情況下的傾斜角0的值的范圍，可知實(shí)際上最大產(chǎn)生±30%左右的分 散。并且，由于該傾斜角e的分散，滿量程電壓的大小也產(chǎn)生±30%左右 的分散。圖15是表示A/D轉(zhuǎn)換器51使用來自傾斜角e具有分散的所述斜坡 電壓發(fā)生電路50的斜坡電壓進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換時(shí)的由傾斜角e的分散引起的該A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果的影響的圖表。例如，傾斜角e在如圖15中的ei、e2、 e3的那樣具有分散時(shí)，在達(dá)到自動(dòng)調(diào)零電平之前需要的時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生變 化。在圖i5的例子中，在傾斜角為最大的e3的情況下，最快到達(dá)自動(dòng) 調(diào)零電平，相反，在傾斜角為最小的ei的情況下，到達(dá)自動(dòng)調(diào)零電平的定時(shí)最慢。在節(jié)點(diǎn)CPI的電壓達(dá)到了自動(dòng)調(diào)零電平的時(shí)刻，節(jié)點(diǎn)CPO 反轉(zhuǎn)，在這樣的定時(shí)內(nèi)，將利用鎖存電路13鎖存的計(jì)數(shù)器輸出的值變 為轉(zhuǎn)換后的數(shù)字值。即，達(dá)到自動(dòng)調(diào)零電平的定時(shí)變動(dòng)，意味著A/D轉(zhuǎn) 換后的轉(zhuǎn)換值改變。因此，若根據(jù)來自這些A/D轉(zhuǎn)換器的輸出值(數(shù)字 值)來形成數(shù)字圖像，則存在產(chǎn)生與目標(biāo)圖像不同的圖像(每個(gè)芯片的 圖像的亮度分散)的問題。發(fā)明內(nèi)容鑒于所述的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種A/D轉(zhuǎn)換器，抑制了 在利用A/D轉(zhuǎn)換動(dòng)作得到的數(shù)字?jǐn)?shù)值中產(chǎn)生的分散。此外，本發(fā)明的另 一目的在于提供適于這樣的A/D轉(zhuǎn)換器的斜坡電壓發(fā)生電路及適于該 斜坡電壓發(fā)生電路的恒流源。用于達(dá)成所述目的的本發(fā)明的恒流源的第1特征在于，具有恒壓恒定電流的電阻負(fù)載，所述電阻負(fù)載由開關(guān)電容器構(gòu)成。根據(jù)本發(fā)明的恒流源的所述第l特征結(jié)構(gòu)，電阻負(fù)栽由開關(guān)電容器 構(gòu)成，因此不需要具有電阻負(fù)載本身。在芯片上安裝電阻負(fù)載和電容性 負(fù)載的情況下，由于二者在不同的制造過程中進(jìn)行安裝，因此由制造時(shí) 的元件分散引起的特性的分散分別獨(dú)立地產(chǎn)生。與此相對(duì)，在不具有電與;他電容性負(fù)栽一起安裝::片上時(shí)，由于在同 一個(gè)制造過程;安裝構(gòu)成開關(guān)電容器的電容器和其他電容性負(fù)栽，因此即使發(fā)生了由制造時(shí) 的元件分散引起的特性的分散，其分散程度在兩者之間為相同程度。并 且，由于在因電容性負(fù)載進(jìn)行充放電而進(jìn)行變化的該電容性負(fù)載的兩端 產(chǎn)生的電壓是基于兩電容成分的比率所決定的值，因此不會(huì)較大地受到 開關(guān)電容器及電容性負(fù)載的各元件的分散的影響。因此，使用本發(fā)明的 恒流源來進(jìn)行電容性負(fù)栽的充放電，由此，可在該電容性負(fù)載的兩端上產(chǎn)生抑制了制造時(shí)的元件分散的影響的電壓。此外，本發(fā)明的恒流源除了所述第1特征結(jié)構(gòu)之外，第2特征在于穩(wěn)定的電容成分。根據(jù)本發(fā)明的恒流源(采樣時(shí)鐘信號(hào))的所迷第2特征結(jié)構(gòu)，在使開關(guān)電容器進(jìn)行動(dòng)作用的時(shí)鐘信號(hào)的頻率變高的情況下，也可向開關(guān)電 容器具有的電容器(采樣保持電容)提供對(duì)為了穩(wěn)定而具有的所述電容 成分(以下，記為"穩(wěn)定電容")進(jìn)行充電的電荷，由此，可在對(duì)該電 容器的兩端施加的定時(shí)內(nèi)，使該電容器的電壓向成為目的的基準(zhǔn)電壓轉(zhuǎn) 移。因此，在采樣時(shí)鐘信號(hào)的頻率變高的情況下，也可產(chǎn)生穩(wěn)定的恒定 電流。此外，對(duì)于該穩(wěn)定電容來說，優(yōu)選表示相對(duì)開關(guān)電容器電路具有的采樣保持電容充分大的靜電電容(例如，IO倍以上)。此外，本發(fā)明的斜坡電壓發(fā)生電路的第1特征為，具有基于由具有所述第1或第2的特征結(jié)構(gòu)的恒流源生成的恒定電流進(jìn)行充放電的電容 性負(fù)載，基于所述電容性負(fù)載的一端的輸出生成斜坡電壓。根據(jù)本發(fā)明的斜坡電壓發(fā)生電路的所述第l特征結(jié)構(gòu)，電容性負(fù)載 基于利用由開關(guān)電容器構(gòu)成的恒流源產(chǎn)生的恒定電流進(jìn)行充放電，由 此，由于該充放電而變化的電容性負(fù)栽的兩端的電壓不會(huì)較大地受到開 關(guān)電容器及電容性負(fù)栽的元件分散的影響。因此，可產(chǎn)生抑制了制造時(shí) 的元件分散的影響的穩(wěn)定的斜坡電壓。此外，本發(fā)明的斜坡電壓發(fā)生電路除了所述第1特征結(jié)構(gòu)之外，第 2特征為，以如下的方式構(gòu)成可改變從所述恒壓源產(chǎn)生的電壓值、由 所述開關(guān)電容器所示的等價(jià)電阻值、以及所述電容性負(fù)載表示的靜電電 容值中的至少任意一個(gè)值，由此，可控制所產(chǎn)生的斜坡電壓的傾斜度。根據(jù)本發(fā)明的斜坡電壓發(fā)生電路的所述第2個(gè)特征結(jié)構(gòu)，可根椐目 標(biāo)控制所產(chǎn)生的斜坡電壓的變化的傾斜度(傾斜角)。因此，可根據(jù)目所需要的時(shí)間進(jìn)行變更控制。 、 '、 、、 、此外，本發(fā)明的A/D轉(zhuǎn)換器的第l特征為，具有構(gòu)成所述第l或 第2特征結(jié)構(gòu)的斜坡電壓發(fā)生電路；電壓比較電路，利用運(yùn)算器對(duì)l個(gè)或者多個(gè)被轉(zhuǎn)換模擬電壓進(jìn)行采樣保持，將采樣保持的所述1個(gè)或者多 個(gè)被轉(zhuǎn)換模擬電壓和由從所述斜坡電壓發(fā)生電路產(chǎn)生的斜坡電壓變化且:在;述參考電壓與所述被轉(zhuǎn)換模擬電k相等鄉(xiāng)的時(shí)刻進(jìn)行輸出變化二計(jì)數(shù)器，對(duì)與所述參考電壓對(duì)應(yīng)的數(shù)字值進(jìn)行計(jì)數(shù)并輸出；鎖存電路， 在所述電壓比較電路的輸出變化時(shí)，對(duì)從所述計(jì)數(shù)器輸出的所述數(shù)字值 進(jìn)行鎖存并輸出。根據(jù)本發(fā)明的A/D轉(zhuǎn)換器的所述第1特征結(jié)構(gòu)，使用抑制了元件分 散的影響的斜坡電壓進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換動(dòng)作，因此，可將成為被轉(zhuǎn)換對(duì)象的 模擬電壓值轉(zhuǎn)換為分散較少的穩(wěn)定的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。此外，本發(fā)明的A/D轉(zhuǎn)換器除了所述第l特征結(jié)構(gòu)之外，第2特征 為，所述運(yùn)算器使用反相器電路構(gòu)成，具有電壓合成電路，產(chǎn)生在所述 反相器電路的輸入判定電壓上加上所述被轉(zhuǎn)換模擬電壓與所述參考電 壓的差電壓后的合成電壓，作為所述反相器電路的輸入電壓。此外，本發(fā)明的A/D轉(zhuǎn)換器除了所述笫l特征結(jié)構(gòu)之外，第3特征 為，所述運(yùn)算器由分別將所述被轉(zhuǎn)換模擬電壓和所述斜坡電壓作為輸入 電壓的差動(dòng)輸入型的運(yùn)算放大器構(gòu)成。根據(jù)本發(fā)明的A/D轉(zhuǎn)換器的所述第2或第3的特征結(jié)構(gòu)，能夠以簡(jiǎn) 單的電路結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)針對(duì)轉(zhuǎn)換后的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的元件分散的影響較小的A/D 轉(zhuǎn)換器。此外，本發(fā)明的A/D轉(zhuǎn)換器除了所述第1~第3的任意一個(gè)特征結(jié) 構(gòu)之外，第4特征為，所述斜坡電壓發(fā)生電路具有的開關(guān)電容器中所使 用的采樣時(shí)鐘信號(hào)的頻率、和所述計(jì)數(shù)器中所使用的計(jì)數(shù)器時(shí)鐘信號(hào)的 頻率為固定的比率。根據(jù)本發(fā)明的A/D轉(zhuǎn)換器的所迷第4個(gè)特征結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)滿量程 電壓不依賴于計(jì)數(shù)器時(shí)鐘信號(hào)的時(shí)鐘頻率的A/D轉(zhuǎn)換器。由此，在將本 發(fā)明的A/D轉(zhuǎn)換器應(yīng)用于攝像裝置的情況下，由于滿量程電壓不根據(jù)攝 像裝置的幀頻而變化，因此，可與幀頻的大小無關(guān)地對(duì)于相同的;f莫擬值 輸出相同的數(shù)字值。即，可實(shí)現(xiàn)靈活地對(duì)應(yīng)任意的幀頻的A/D轉(zhuǎn)換器。此外，本發(fā)明的A/D轉(zhuǎn)換器除了所述第1 ~第4任意一個(gè)特征結(jié)構(gòu)， 第5特征為，以如下的方式構(gòu)成控制從所述斜坡電壓發(fā)生電路產(chǎn)生的 所述斜坡電壓的傾斜度，由此，可對(duì)針對(duì)所述被轉(zhuǎn)換模擬電壓的轉(zhuǎn)換后 的所述數(shù)字值進(jìn)行增益設(shè)定。根據(jù)本發(fā)明的A/D轉(zhuǎn)換器的所迷第4特征結(jié)構(gòu)，應(yīng)用于攝像裝置的 情況下，可進(jìn)行與幀頻對(duì)應(yīng)的增益設(shè)定，因此，可根椐被照體的明暗生 成合適的數(shù)字圖像。


圖l是表示本發(fā)明的A/D轉(zhuǎn)換器的第1實(shí)施方式的概略結(jié)構(gòu)的電路方框圖。圖2是表示本發(fā)明的斜坡電壓發(fā)生電路的第1實(shí)施方式的概略結(jié)構(gòu) 的電路方框圖。圖3是用于說明開關(guān)電容器(等價(jià)電阻)的動(dòng)作的電路方框圖。 圖4是表示本發(fā)明的斜坡電壓發(fā)生電路的第2實(shí)施方式的概略結(jié)構(gòu) 的電路方框圖。圖5是時(shí)鐘信號(hào)的時(shí)鐘頻率為低速時(shí)的節(jié)點(diǎn)VREF—COPY的電壓波形。圖6是時(shí)鐘信號(hào)的時(shí)鐘頻率為高速時(shí)的節(jié)點(diǎn)VREF—COPY的電壓波形。圖7是在開關(guān)電容器電路中并聯(lián)地具有穩(wěn)定電容時(shí)的時(shí)鐘信號(hào)的時(shí) 鐘頻率為高速時(shí)的節(jié)點(diǎn)VREF—COPY的電壓波形。換(幀頻較小)時(shí)的時(shí)序圖的比較的圖。 ' -、、〃圖9是表示本發(fā)明的斜坡電壓發(fā)生電路的笫4實(shí)施方式的概略結(jié)構(gòu) 的電路方框圖。圖IO是表示本發(fā)明的A/D轉(zhuǎn)換器的其他實(shí)施方式的概略結(jié)構(gòu)的電 路方框圖。圖11是表示現(xiàn)有的平行列A/D轉(zhuǎn)換器的概略結(jié)構(gòu)的電路方框圖。 圖12是表示現(xiàn)有的平行列A/D轉(zhuǎn)換器的A/D轉(zhuǎn)換動(dòng)作的時(shí)序圖。 圖13是表示現(xiàn)有的斜坡電壓發(fā)生電路的概略結(jié)構(gòu)的電路方框圖。 圖14是斜坡電壓發(fā)生電路產(chǎn)生的斜坡電壓的波形例及其時(shí)序圖。 圖15是表示使用來自在傾斜角0上具有分散的斜坡電壓發(fā)生電路 的斜坡電壓進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換時(shí)的A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果的圖表。
具體實(shí)施方式
以下，參照附圖對(duì)本發(fā)明的斜坡電壓發(fā)生電路(以下適當(dāng)稱為"本 發(fā)明電路")及A/D轉(zhuǎn)換器(以下適當(dāng)稱為"本發(fā)明裝置")的各個(gè)實(shí)施 方式進(jìn)4亍i兌明。第1實(shí)施方式以下，參照?qǐng)D1~圖3的各圖對(duì)本發(fā)明電路及本發(fā)明裝置的第1實(shí)施方式(以下適當(dāng)稱為"本實(shí)施方式")進(jìn)行說明。而且，在以下各圖中，與背景技術(shù)中參照的圖11 ~圖15相同的構(gòu)成要素或定時(shí)賦予相同的符 號(hào)，由此，簡(jiǎn)化其說明。圖l是表示本發(fā)明電路及本發(fā)明裝置的概略結(jié)構(gòu)的電路方框圖。圖 1所示的本發(fā)明裝置IO是如下結(jié)構(gòu)與圖11中的A/D轉(zhuǎn)換器51相比較， 取代斜坡電壓發(fā)生電路50而具有本發(fā)明電路1,其他與圖ll的結(jié)構(gòu)相 同。即，對(duì)于本發(fā)明裝置10來說，除了進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換處理時(shí)所利用的 斜坡電壓是由本發(fā)明電路1產(chǎn)生的斜坡電壓這點(diǎn)外，其動(dòng)作內(nèi)容與圖11 中的A/D轉(zhuǎn)換器51相同。圖2是表示本發(fā)明電路1的概略結(jié)構(gòu)的電路方框圖。圖2中所示的 本發(fā)明電路l是如下結(jié)構(gòu)與圖13所示的現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的斜坡電壓發(fā)生電 路50相比較，具有由開關(guān)電容器構(gòu)成的等價(jià)電阻R叫代替用于產(chǎn)生恒 定電流Iref的電阻Rref,其他與斜坡電壓發(fā)生電路50相同。以下，將 由開關(guān)電容器構(gòu)成的等價(jià)電阻R叫僅記作"等價(jià)電阻R叫"。圖2所示的等價(jià)電阻Req為具有2個(gè)開關(guān)Sl、 S2、及與該開關(guān)S2 并聯(lián)連接的電容器Cs的結(jié)構(gòu)。并且，各個(gè)開關(guān)Sl及S2是根據(jù)時(shí)鐘信 號(hào)VCK (以下記為"采樣時(shí)鐘信號(hào)VCK")進(jìn)行接通斷開控制的結(jié)構(gòu)，并 且，開關(guān)S1與開關(guān)S2中，以開關(guān)的接通斷開狀態(tài)彼此不同的方式來構(gòu) 成。而且，將該采樣時(shí)鐘信號(hào)Vcic的時(shí)鐘頻率標(biāo)明為fck (適當(dāng)記為"采 樣時(shí)鐘頻率fck")。圖3是用于說明所述等價(jià)電阻R叫的動(dòng)作的電路方框圖，圖3 (a) 是構(gòu)成等價(jià)電阻Req的開關(guān)電容器電路的電路方框圖，圖3 (b)是其等 價(jià)電路。如圖3 (a)所示，向反相器電路IV1輸入采樣時(shí)鐘信號(hào)VCK (頻率 fck),并且，其輸出向反相器電路IV2輸入。此外，根據(jù)各個(gè)反相器電 路的輸出信號(hào)的活性狀態(tài)，分別對(duì)開關(guān)Sl、 S2進(jìn)行接通斷開控制。例 如，采樣時(shí)鐘信號(hào)VcK變?yōu)榈蜖顟B(tài)時(shí)，利用反相器電路IV1使該時(shí)鐘信 號(hào)反轉(zhuǎn)的結(jié)果是，向開關(guān)Sl提供表示高狀態(tài)的信號(hào)VCK1,開關(guān)Sl變?yōu)?接通狀態(tài)。另一方面，若向反相器IV2輸入低狀態(tài)的信號(hào)VCK1,則利用 該反相器IV2將信號(hào)反轉(zhuǎn)的結(jié)果是，向開關(guān)S2提供表示低狀態(tài)的信號(hào) VCK2,開關(guān)S2變成斷開狀態(tài)。其結(jié)果是，與開關(guān)Sl的一個(gè)端子連接的 節(jié)點(diǎn)VREF COPY利用電容器Cs進(jìn)行充電(采樣)，示出電壓VREF C0PY。并且，采樣時(shí)鐘信號(hào)VcK為高狀態(tài)時(shí)，信號(hào)Vc!d變化為低狀態(tài)，信號(hào)VcK2變化為高狀態(tài)，因此開關(guān)Sl轉(zhuǎn)為斷開狀態(tài)，開關(guān)S2轉(zhuǎn)為接 通狀態(tài)。由此，根據(jù)對(duì)電容器Cs進(jìn)行充電的電壓Vref一copy,通過開關(guān) S2進(jìn)行放電(電流Ick)。此處，根據(jù)電荷保存規(guī)則，經(jīng)由使開關(guān)S2變?yōu)榻油顟B(tài)時(shí)的該開 關(guān)S2而流過的電流Ick如下^^式8進(jìn)4亍表示。因此，由開關(guān)電容器所表示的等價(jià)電阻R叫如下公式9所示。一？^ (9)即，可知對(duì)于本發(fā)明電路l來說，具有開關(guān)電容器，由此，與如所 述公式9所示的等價(jià)電阻Req被插在運(yùn)算放大器AMP1和接地線之間的 情況是等價(jià)的。即，在圖1所示的本發(fā)明電路1中，對(duì)于通過開關(guān)電容 器而流過的電流Ick來說，使用采樣保持電容Cs、采樣時(shí)鐘頻率fck以 所述公式8的方式表示。并且，該電流Ick利用由晶體管MP1及MP2構(gòu)成的電流鏡對(duì)晶體 管MP2導(dǎo)入相同的電流量的電流，并且，利用由晶體管MN1及MN2 構(gòu)成的其他的電流鏡對(duì)晶體管MN2進(jìn)一步導(dǎo)入相同的電流量的電流 Iint2。此時(shí)，如上所述，若開關(guān)SW一ramp為接通狀態(tài)，則由于利用電 流Iint2從電容性負(fù)載Cint抽取電荷，因此在運(yùn)算放大器AMPint的榆出 端子產(chǎn)生斜坡電壓Vramp。此處，在與所述的圖14相同定時(shí)產(chǎn)生斜坡電壓的情況下，根椐所 述公式9及公式4,從定時(shí)t7經(jīng)過Tint之間的時(shí)刻t的斜;皮電壓VRAMP 的增量值厶vramp以如下列公式10所示。而且，下列公式10中，Tck 是采樣時(shí)鐘信號(hào)Vck的周期(采樣時(shí)鐘頻率fck的倒數(shù))。<formula>formula see original document page 15</formula>(1 o)由此，對(duì)于相當(dāng)于從定時(shí)t7經(jīng)過時(shí)間Tint時(shí)的斜坡電壓的增量值 AVRAMP的滿量程電壓VFs來說，將t-t7-Tint代入到所述公式10中， 以如下的公式11算出。(<formula>formula see original document page 15</formula>1 1)此處，從定時(shí)t7經(jīng)過時(shí)間Tint之間，如圖12及圖14所示，利用 計(jì)數(shù)器執(zhí)行時(shí)鐘信號(hào)(以下記為"計(jì)數(shù)器時(shí)鐘信號(hào)")的計(jì)數(shù)。因此，開 關(guān)電容器電路使用與輸入到計(jì)數(shù)器中的計(jì)數(shù)器時(shí)鐘信號(hào)相同頻率的采 樣時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行開關(guān)電容器的動(dòng)作情況下(即，圖3中的采樣時(shí)鐘頻率 fck與計(jì)數(shù)器時(shí)鐘信號(hào)的頻率相同的情況下)，所述Tint為Tck的倍數(shù)， 因此公式11中的(Tint/Tck)項(xiàng)必須為整數(shù)。例如，若是10位精度的 A/D轉(zhuǎn)換，則由于計(jì)數(shù)器在0~ 1023之間進(jìn)行遞增計(jì)數(shù)，因此所述 (Tint/Tck)的值表示1024 ( = 21Q)。即，若本發(fā)明裝置10的轉(zhuǎn)換位 ^"度為N,則>^式11可以置換為下列 ^式12。(1 2)根據(jù)公式12,可知滿量程電壓Vps依賴于開關(guān)電容器電路的采樣保 持電容Cs和電容Cint的比率，不依賴于計(jì)數(shù)器時(shí)鐘信號(hào)的頻率(以下 適當(dāng)記為"計(jì)數(shù)器時(shí)鐘頻率")。但是，可知一般地安裝在同一芯片上的同一種類的元件，其匹配精 度較高(例如，參照所述Razavi,"Design of Analog CMOS IntegratedCircuits", McGrawHill 2001 )。即，圖2所示的本發(fā)明電路1中，對(duì)于 為了實(shí)現(xiàn)開關(guān)電容器電路而安裝的采樣保持電容Cs、和用于產(chǎn)生斜坡電 壓的電容器Cint來說，在安裝時(shí)分別產(chǎn)生電容的分散的情況下，其分散 程度在兩個(gè)電容器之間也為相同程度。即，在各個(gè)電容器中，即使假如 產(chǎn)生了較大的電容分散，也不對(duì)公式12中(Cs/Cint)的項(xiàng)的數(shù)值產(chǎn)生 大的影響，示出大致固定的范圍內(nèi)的數(shù)值。因此，根據(jù)本發(fā)明電路，可以實(shí)現(xiàn)抑制了制造工藝時(shí)的各個(gè)元件的 分散的影響的、穩(wěn)定的滿量程電壓VFs。即，關(guān)于圖14中的表示斜坡電 壓VRAMP的上升率的傾斜角e,也可以同樣地抑制制造工藝時(shí)的元件分 散的影響，能夠示出穩(wěn)定的數(shù)值。由此，根椐使用從本發(fā)明電路1產(chǎn)生 的斜坡電壓進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換的本發(fā)明裝置10，可抑制節(jié)點(diǎn)CPI的電壓達(dá) 到自動(dòng)調(diào)零電平的定時(shí)的分散，能夠?qū)崿F(xiàn)抑制了元件分散的影響的穩(wěn)定的A/D轉(zhuǎn)換處理。并且，將這樣的本發(fā)明裝置IO應(yīng)用于例如數(shù)碼相機(jī) (固體攝像元件)，本發(fā)明裝置10根據(jù)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)產(chǎn)生數(shù)字圖像，從而 可以生成抑制了元件分散的影響的所希望的圖像，該數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)是對(duì)與由 受光元件所導(dǎo)致的受光量的^f莫擬電壓值實(shí)施A/D轉(zhuǎn)換處理而生成的。即，本發(fā)明電路l的特征在于，生成為了產(chǎn)生斜坡電壓所需的恒定 電流用的恒流源，不是通過對(duì)負(fù)載電阻施加從穩(wěn)定電壓源Vref所產(chǎn)生的恒定電壓VREF來實(shí)現(xiàn)，而是通過向開關(guān)電容器施加相同電壓VREF來實(shí)現(xiàn)的，由此，提高了與為了實(shí)現(xiàn)斜坡電壓發(fā)生電路所需的電容器Cint 的匹配精度。因此，對(duì)于本發(fā)明電路1具有的恒流源來說，不僅斜坡電 壓發(fā)生電路，也可利用于具有將該恒流源產(chǎn)生的恒定電流或者基于該恒 定電流的電流(以下只總稱作"恒定電流")提供給一個(gè)端子的電容性 負(fù)載的其他的裝置，向電容性負(fù)栽提供這樣的穩(wěn)定電流，由此，可取得 抑制針對(duì)電容性負(fù)載的兩端電壓的安裝時(shí)的元件分散的影響的效果。第2實(shí)施方式以下，參照?qǐng)D4~圖7的各圖對(duì)本發(fā)明電路及本發(fā)明裝置的第2實(shí) 施方式(以下適當(dāng)稱為"本實(shí)施方式")進(jìn)行說明。而且，對(duì)于與第1實(shí) 施方式相同之處賦予相同的符號(hào)，省略其說明。圖4是表示本實(shí)施方式的本發(fā)明電路的概略結(jié)構(gòu)的電路方框圖。圖 4所示的本發(fā)明電路la與第1實(shí)施方式的本發(fā)明電路1相比較，還具有與開關(guān)電容器等價(jià)電路R叫并聯(lián)的穩(wěn)定電容Cb這一點(diǎn)不同，其他與圖 2所示的本發(fā)明電路1相同。在本發(fā)明電路la中，利用根據(jù)采樣時(shí)鐘頻率fck從晶體管MNSF 提供的電流Ick,將電荷充電到穩(wěn)定電容Cb和采樣保持電容Cs中。此 時(shí)，以運(yùn)算放大器AMP1的非反轉(zhuǎn)輸入端子和反轉(zhuǎn)輸入端子為相同電壓 的方式，進(jìn)行針對(duì)各個(gè)電容Cb及Cs的電荷的充電。這利用了運(yùn)算放大 器AMP1的負(fù)反饋動(dòng)作。此處，如第1實(shí)施方式的本發(fā)明電路l,即使在不具有穩(wěn)定電容Cb 的結(jié)構(gòu)的情況下，在采樣時(shí)鐘信號(hào)VcK的采樣時(shí)鐘頻率fck為充分低速 的情況下，在下一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)的上升沿之前的期間，節(jié)點(diǎn)VREF一COPY 的電壓VREF—copy可(設(shè)置)達(dá)到連接運(yùn)算放大器AMP1的非反轉(zhuǎn)輸入 端子的連接節(jié)點(diǎn)VREF示出的電壓VREF的電平(參照?qǐng)D5)，在采樣時(shí)鐘頻率fck為高速時(shí)，如圖6所示，在電壓vrefcqpy達(dá)到電壓Vref的 電平之前下一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)上升，其結(jié)果是，存在產(chǎn)生電壓VREF一copY達(dá) 不到電壓VREF的電平這一問題的情況。如上所述，本發(fā)明電路具有的開關(guān)電容器是為了構(gòu)成基于節(jié)點(diǎn)VREF_COPY的電壓VREFcopy產(chǎn)生恒定電流的恒流源而具有的，若在該電壓VREFCOpY未達(dá)到作為目標(biāo)的電壓vref的狀態(tài)下進(jìn)行反復(fù)變動(dòng)的動(dòng)作，則基于該電壓而產(chǎn)生的電流Ick以 及對(duì)該電流Ick進(jìn)行電流鏡像而生成的電流Iint2不能一起維持其值，其 結(jié)果是，產(chǎn)生不能生成穩(wěn)定的斜坡電壓這一問題。與此相對(duì)，如本實(shí)施方式，作成具有與開關(guān)電容器電路并聯(lián)的穩(wěn)定 電容Cb的結(jié)構(gòu)，由此，在采樣時(shí)鐘信號(hào)Vck上升、開關(guān)S1變?yōu)閿嚅_狀 態(tài)的時(shí)刻，向節(jié)點(diǎn)VREF—COPY提供基于蓄積在穩(wěn)定電容Cb中的電荷 的電壓，因此與不具有穩(wěn)定電容Cb的第1實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)相比較，時(shí) 鐘信號(hào)VcK的上升時(shí)刻的節(jié)點(diǎn)VREF—COPY的電壓VREF一coPY的下降電平減少。即，由于再次變?yōu)榕c電壓VREF相同的電平的電壓之前應(yīng)該增加電壓量減少，因此即使采樣時(shí)鐘頻率為高速，在下一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)的上升 定時(shí)前，能夠使節(jié)點(diǎn)VREF一COPY的電壓達(dá)到電壓Vref的屯平(參照 圖7)。并且，穩(wěn)定電容Cb的大小越大，采樣時(shí)鐘信號(hào)VcK的上升定時(shí)的 節(jié)點(diǎn)VREF_COPY的電壓Vref一copy的咸少量越小。該減少量越小，節(jié) 點(diǎn)VREF一COPY再次達(dá)到與電壓VREF相同電平的電壓所需要的時(shí)間縮短，因此基于該節(jié)點(diǎn)VREF—COPY的電壓VREFcoPY所產(chǎn)生的電流Ick 以及基于該電流Ick的電流Iint2成為穩(wěn)定的恒定電流之前所需要的時(shí)間縮短。為了生成穩(wěn)定的斜坡電壓而不使斜坡電壓VRAMP的電壓波形示出的傾斜角e變動(dòng)，優(yōu)選電流Iint2不變動(dòng)而維持固定電流，所以，為了生 成穩(wěn)定的斜坡電壓，與采樣保持電容Cs相比較，穩(wěn)定電容Cb優(yōu)選表示 充分大的靜電電容(例如，IO倍以上)。作成具有這樣的穩(wěn)定電容Cb 的結(jié)構(gòu),由此，能夠與采樣時(shí)鐘信號(hào)VcK的采樣時(shí)鐘頻率fck無關(guān)地生 成穩(wěn)定的恒定電流Ick，并且，能夠基于該電流生成穩(wěn)定的斜坡電壓 Vramp。第3實(shí)施方式以下，參照?qǐng)D8對(duì)本發(fā)明電路及本發(fā)明裝置的第3實(shí)施方式(以下 適當(dāng)稱為"本實(shí)施方式")進(jìn)行說明。此外，對(duì)于與第1實(shí)施方式或第2 實(shí)施方式相同之處賦予相同的符號(hào)并省略其說明。此外，在本實(shí)施方式 中，是斜坡電壓發(fā)生電路l (或la)使用的采樣時(shí)鐘信號(hào)的采樣時(shí)鐘頻 率中具有后述的特征的結(jié)構(gòu)，其他與所述各實(shí)施方式相同。參照?qǐng)D15，如上所述，若在斜坡電壓發(fā)生電路產(chǎn)生的斜坡電壓的變 化的傾斜度(傾斜角)e產(chǎn)生分散，則在達(dá)到自動(dòng)調(diào)零電平之前所需要 的時(shí)間產(chǎn)生變動(dòng)，由此，計(jì)數(shù)器輸出值改變，所以，A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字 數(shù)據(jù)變動(dòng)。因此，使傾斜角e穩(wěn)定，由此，可以將轉(zhuǎn)換對(duì)象的模擬值轉(zhuǎn) 換為正確的數(shù)值數(shù)據(jù)。但是，若假想實(shí)際上將本發(fā)明裝置利用于固體攝像裝置的情況(參 照?qǐng)D1),則通常根據(jù)被照體的亮度來進(jìn)行在光電二極管PD的光電轉(zhuǎn) 換時(shí)間上設(shè)置差。即，在被照體明亮的情況下，以較短的時(shí)間對(duì)光電二 極管PD入射在攝像信息的識(shí)別上充分的光量，因此向節(jié)點(diǎn)FD提供光 電轉(zhuǎn)換后的電壓的定時(shí)(即，開關(guān)TX的接通斷開控制定時(shí))間隔變短。 另一方面，在被照體較暗的情況下，為了對(duì)光電二極管PD入射可識(shí)別 所攝像的信息的范圍內(nèi)的光量，需要以比被照體較亮的情況長(zhǎng)的時(shí)間對(duì) 光電二極管PD入射光，在該情況下，向節(jié)點(diǎn)FD提供光電轉(zhuǎn)換后的電 壓的定時(shí)(即，開關(guān)TX的接通斷開控制定時(shí))間隔變長(zhǎng)。并且，開關(guān)TX的接通斷開控制定時(shí)變化，意味著針對(duì)光電轉(zhuǎn)換后 的電壓的A/D轉(zhuǎn)換處理所需要的時(shí)間變化。即，開關(guān)TX為接通狀態(tài)，向晶體管MA提供光電轉(zhuǎn)換后的電壓，將節(jié)點(diǎn)VIN變化至與進(jìn)行光電轉(zhuǎn) 換后的電荷量對(duì)應(yīng)的電壓電平(光電轉(zhuǎn)換電平)之后，在下一個(gè)定時(shí)入 射的光量確定，需要在開關(guān)TX成為接通狀態(tài)之前的期間進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換 處理。換言之，需要根據(jù)情況來使A/D轉(zhuǎn)換處理的速度變化。根據(jù)該開 關(guān)TX的接通斷開控制定時(shí)、及A/D轉(zhuǎn)換處理速度，在相同的時(shí)間內(nèi)決 定可攝像的次數(shù)(幀頻)。圖8是表示高速進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換(幀頻較大)的情況、和低速進(jìn)行 A/D轉(zhuǎn)換(幀頻較小)的情況下的時(shí)序圖的比較的圖。如上所述，根據(jù)本發(fā)明裝置10的轉(zhuǎn)換位精度決定計(jì)數(shù)器15的最大 計(jì)數(shù)數(shù)目N，所以，對(duì)相同的計(jì)數(shù)數(shù)目進(jìn)行計(jì)數(shù)所需要的時(shí)間變化，這 意味著需要使計(jì)數(shù)器時(shí)鐘信號(hào)的計(jì)數(shù)器時(shí)鐘頻率變化。因此，圖8(a) 的低速A/D轉(zhuǎn)換時(shí)需要使計(jì)數(shù)器時(shí)鐘頻率變低，圖8(b)的高速A/D轉(zhuǎn)換 時(shí)，需要使計(jì)數(shù)器時(shí)鐘頻率變高。并且，這樣，根據(jù)情況適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行變化的計(jì)數(shù)器時(shí)鐘頻率下，要求 對(duì)于相同的電壓VSIG生成相同的數(shù)字轉(zhuǎn)換值(例如，圖8的數(shù)據(jù)Doutl )。 換言之，要求在電壓Vs!g為相同的值的情況下，與計(jì)數(shù)器時(shí)鐘頻率的大 小無關(guān)地，在節(jié)點(diǎn)CPI的電壓達(dá)到自動(dòng)調(diào)零電平之前，由計(jì)數(shù)器15所 計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)數(shù)目不發(fā)生變化。由此，需要根據(jù)計(jì)數(shù)器時(shí)鐘頻率使傾斜角 0變化。即，在低速轉(zhuǎn)換時(shí)(圖8 (a))需要使傾斜角01變小，在高 速轉(zhuǎn)換時(shí)(圖8 (b))需要使傾斜角02變大。本實(shí)施方式的特征在于， 傾斜角0根據(jù)計(jì)數(shù)器時(shí)鐘頻率變化，由此，所得到的滿量程電壓vfs顯 示為固定值。若滿量程電壓Vps為固定值，則與計(jì)數(shù)器時(shí)鐘頻率的大小無關(guān)地， 在節(jié)點(diǎn)CPI的電壓達(dá)到自動(dòng)調(diào)零電平之前，由計(jì)數(shù)器15進(jìn)行計(jì)數(shù)的計(jì) 數(shù)數(shù)目沒有變化，因此，可得到相同的A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果Doutl (圖8(a)、 圖8 (b))。因此，可以實(shí)現(xiàn)不依賴于幀頻的A/D轉(zhuǎn)換器。在第1實(shí)施方式中，在采樣時(shí)鐘頻率fck與計(jì)數(shù)器時(shí)鐘頻率相等的 情況下，滿量程電壓Vfs以公式12的方式記栽。在本實(shí)施方式中，不限 于這些這兩個(gè)時(shí)鐘信號(hào)的頻率相等的情況，作成具有固定的比率的結(jié) 構(gòu)，由此，滿量程電壓Vps不依賴于時(shí)鐘信號(hào)的頻率。基于此，如下進(jìn) 4亍說明。采樣時(shí)鐘信號(hào)的周期Tck是采樣時(shí)鐘頻率fck的倒數(shù)。并且，計(jì)數(shù)器15是基于預(yù)定的計(jì)數(shù)器時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行增加計(jì)數(shù)的結(jié)構(gòu)，由該計(jì)數(shù)器 15完成計(jì)數(shù)的執(zhí)行之前所需要的時(shí)間為計(jì)數(shù)器時(shí)鐘信號(hào)的周期的倍數(shù)。 計(jì)數(shù)器時(shí)鐘信號(hào)的周期是計(jì)數(shù)器時(shí)鐘頻率的倒數(shù)。如上所述，將計(jì)數(shù)器 時(shí)鐘頻率和采樣時(shí)鐘頻率fck維持為固定的比率，由此，也可使計(jì)數(shù)器 時(shí)鐘信號(hào)的周期和采樣時(shí)鐘信號(hào)的周期Tck維持固定的比率，所以，作 為計(jì)數(shù)器時(shí)鐘信號(hào)的周期的整數(shù)倍的Tint和采樣時(shí)鐘信號(hào)的周期Tck也 可維持固定的比率。即，在計(jì)數(shù)器時(shí)鐘頻率變化的情況下，也以滿足Tint/Tck-A(常數(shù)) 的方式使采樣時(shí)鐘頻率fck變化，由此，如公式13所示，滿量程電壓不 依賴于計(jì)數(shù)器時(shí)鐘頻率的變化，示出固定的值。如公式13所示，滿量程電壓VFS僅由采樣電容Cs與積分電容Cint 之比、參考電壓Vref、以及采樣時(shí)鐘信號(hào)的周期(即，相當(dāng)于采樣時(shí)間) Tck與A/D轉(zhuǎn)換時(shí)間Tint之比A來決定，不依賴于計(jì)數(shù)器時(shí)鐘頻率。而 且，如上所述，對(duì)于公式12來說，在采樣頻率fcl^與計(jì)數(shù)器15的計(jì)數(shù) 器時(shí)鐘頻率相等的情況下，比值A(chǔ)為與A/D轉(zhuǎn)換分辨率相等的值。而且，具體地說，也可以作成在采樣時(shí)鐘頻率fck與計(jì)數(shù)器時(shí)鐘頻 率相等的情況下使用相同的時(shí)鐘信號(hào)的結(jié)構(gòu)，在為使采樣時(shí)鐘頻率fck 與計(jì)數(shù)器時(shí)鐘頻率維持固定的比率的結(jié)構(gòu)的情況下，也可以作成如下結(jié) 構(gòu)，即，適當(dāng)?shù)刈兏嗤臅r(shí)鐘信號(hào)的分頻比，由此，生成所述兩個(gè)時(shí) 鐘信號(hào)。第4實(shí)施方式以下，參照?qǐng)D9對(duì)本發(fā)明電路及本發(fā)明裝置的第4實(shí)施方式(以下 適當(dāng)稱為"本實(shí)施方式")進(jìn)行說明。而且，對(duì)于與第1、第2或第3實(shí) 施方式相同之處賦予相同的符號(hào)，并省略其說明。圖9是表示本實(shí)施方式的本發(fā)明電路的概略結(jié)構(gòu)的電路方框圖。圖 9所示的本發(fā)明電路lb與第2實(shí)施方式的本發(fā)明電路la相比較，以可分別對(duì)穩(wěn)定電壓源Vref的電壓Vref、開關(guān)電容器電路的等價(jià)電阻R叫、 以及斜坡電壓發(fā)生用的電容性負(fù)栽Cint的各值進(jìn)行變更的方式構(gòu)成。具 體地說，具有可進(jìn)行連接目的地的切換的開關(guān)SW—k、 SW—n、 SW—m，由這些開關(guān)變更接點(diǎn)，從而可進(jìn)行電壓vref、等價(jià)電阻R叫、或電容性負(fù)載Cint的變更控制。即，如圖9所示，本實(shí)施方式的本發(fā)明電路lb所具有的穩(wěn)定電壓 源Vref具有例如恒流源、和與其連接的電阻，以可進(jìn)行開關(guān)SW—k的接點(diǎn)的切換控制的方式構(gòu)成，使抽出電壓vref用的電阻值改變，由此，進(jìn)行電壓Vref的変更控制。此外，開關(guān)電容器電路R叫具有等價(jià)電阻不 同的多個(gè)開關(guān)電容器電路，變更與節(jié)點(diǎn)VREF一COPY連接的開關(guān)電容器 電路，由此，可進(jìn)行開關(guān)電容器電路的等價(jià)電阻Req的變更控制。此外， 具有靜電電容不同的多個(gè)電容性負(fù)載，對(duì)將一個(gè)端子連接到運(yùn)算放大器 AMPint的放大輸出端子、將另 一端子連接到運(yùn)算放大器AMPint的反轉(zhuǎn) 輸入端子的電容性負(fù)載進(jìn)行變更，由此，使成為進(jìn)行基于電流Iint2的 充放電的對(duì)象的電容性負(fù)載變更，由此，可以進(jìn)行Vramp的傾斜角e的 變更控制。此處，根據(jù)公式12,滿量程電壓Vps依賴于采樣保持電容Cs和斜 坡電壓發(fā)生用的電容性負(fù)載Cint的比率以及電壓VREF的大小，傾斜角e 是根據(jù)滿量程電壓VFS、和計(jì)數(shù)器達(dá)到位精度N之前進(jìn)行計(jì)數(shù)所需要的 時(shí)間Tint (Tint—1、 Tint—2 )來決定的值。并且，所迷時(shí)間Tint是依賴 于計(jì)數(shù)器時(shí)鐘頻率的值。因此，根據(jù)計(jì)數(shù)器時(shí)鐘頻率，使采樣保持電容 Cs和斜坡電壓發(fā)生用電容性負(fù)載Cint的比率、或由穩(wěn)定電壓源Vref產(chǎn)生的恒定電壓vref的大小的任意一個(gè)或這二者進(jìn)行變更，由此，可控制傾斜角e。在可任意地控制傾斜角e的情況下，例如，如圖15所示，伴 隨傾斜角ei ~63的變動(dòng)，能夠如FS1 ~FS3那樣使?jié)M量程電壓Vfs交化。 此時(shí)，A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果如D1-D3那樣變化。這些意味著，對(duì)于針對(duì)某固 定的模擬電壓Vskj的A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果，可根據(jù)傾斜角e的控制進(jìn)行增益設(shè) 定。在現(xiàn)有結(jié)構(gòu)中，由于晶片間或批次間的元件分散，傾斜角e在芯片間分散，由此，具有針對(duì)相同的對(duì)象的A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果在產(chǎn)品間為不同的 值是問題。但是，本實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)與這樣的情況不同，其特征在于， 如在所述第1實(shí)施方式~第3實(shí)施方式中說明的那樣，在以將對(duì)相同的模擬值可產(chǎn)生相同的數(shù)字轉(zhuǎn)換值為前提的方面看來，可控制傾斜角e并 可對(duì)其轉(zhuǎn)換后的值進(jìn)行增益設(shè)定。因此，根椐本實(shí)施方式的本發(fā)明裝置lb，根據(jù)對(duì)應(yīng)于攝像模式而決定的增益而適當(dāng)?shù)刈兏黇ref、 Cs、 Cint 的各值，由此，可實(shí)現(xiàn)乘以針對(duì)模擬電壓VsKj的任意的增益的A/D轉(zhuǎn)換 動(dòng)作。此外，在所述第1及第2實(shí)施方式中，對(duì)為了進(jìn)行穩(wěn)定的A/D轉(zhuǎn)換動(dòng)作的用于抑制傾斜角e的變動(dòng)的措施進(jìn)行所述描述。在本實(shí)施方式中， 使傾斜角e變化，但是，基于計(jì)數(shù)器時(shí)鐘頻率的大小來決定的傾斜角e需要是穩(wěn)定性的這點(diǎn)，本實(shí)施方式與所述第1或第2實(shí)施方式并不是不 同的考慮。即，本實(shí)施方式的特征在于，除了第1或第2實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)，可進(jìn)一步根據(jù)情況改變傾斜角e。作成這樣的結(jié)構(gòu)，由此，在攝像裝置上具有本實(shí)施方式的本發(fā)明裝 置，由此，可進(jìn)行例如在被照體較暗時(shí)將增益設(shè)定得較大、在被照體較 亮?xí)r將增益設(shè)定得較小這樣的與被照體的亮度對(duì)應(yīng)的增益設(shè)定，因此， 可根椐被照體的亮度(即，根據(jù)幀頻)生成適當(dāng)?shù)臄?shù)字圖像。此外，在本實(shí)施方式中，可迸行Vref、 Cs、 Cint的各值的變更，但 是，也可以是這些之內(nèi)的至少任意一個(gè)值可進(jìn)行變更的結(jié)構(gòu)。并且，對(duì) 于圖9所示的本發(fā)明電路lb來說，以可對(duì)第2實(shí)施方式的本發(fā)明電路 la進(jìn)一步變更vref、 Cs、 Cint的各值的方式構(gòu)成，但是，也能夠以可 對(duì)第1實(shí)施方式的本發(fā)明電路l交更所述Vref、 Cs、 Cint的各值的方式 構(gòu)成。其他實(shí)施方式以下，對(duì)其他實(shí)施方式進(jìn)行說明。(1 )所述各實(shí)施方式的本發(fā)明裝置是使用反相器電路12作為在參 考電壓和被轉(zhuǎn)換模擬電壓的電壓比較中所使用的運(yùn)算器的電路結(jié)構(gòu)，但 也可如圖IO所示那樣使用差動(dòng)放大器。即，圖IO所示的本發(fā)明裝置10a與圖1所示的本發(fā)明裝置IO相比 較，是如下的結(jié)構(gòu)取代反相器電路12,具有運(yùn)算放大器29，并且， 具有針對(duì)運(yùn)算放大器29的驅(qū)動(dòng)電壓施加用的第2穩(wěn)定電壓源28、及晶 體管MSN。在本發(fā)明裝置10a的結(jié)構(gòu)中，能夠向運(yùn)算放大器29的非反 轉(zhuǎn)輸入節(jié)點(diǎn)直接供給參考電壓，因此，可省略在所述實(shí)施方式中為了向輸入節(jié)點(diǎn)CPI傳送參考電壓所需要的開關(guān)S3和電容器CR(參照?qǐng)D1 )。 因此，根據(jù)本電路結(jié)構(gòu)，可以削減電路面積。此外，若運(yùn)算放大器29與反相器電路12相比較，則由于電源電壓 變動(dòng)除去比(PSRR: Power Supply Rejection Ratio)較大，因此，若取 代反相器電路12而將運(yùn)算放大器29使用于電壓比較用的運(yùn)算器中，則 具有抑制針對(duì)系統(tǒng)電源電壓VDD的電壓變動(dòng)的A/D變換結(jié)果的影響的 效果。(2)在所述各實(shí)施方式中，假想示出本發(fā)明的斜坡電壓發(fā)生電路 所產(chǎn)生的斜坡電壓與時(shí)間 一 起增加的電壓波形的情況進(jìn)行了說明，但 是，也可使各電壓的極性相反，由此，利用同樣的方法使用表示與時(shí)間 一起減少的電壓值的電壓波形的斜坡電壓進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。該情況下，在 圖12中，在定時(shí)tl使節(jié)點(diǎn)CPI的電壓減少并成為自動(dòng)調(diào)零電平，在定 時(shí)t4向節(jié)點(diǎn)CPI提供基于光電轉(zhuǎn)換量的電壓，由此，使該節(jié)點(diǎn)CPI的電 壓增加基于光電轉(zhuǎn)換量的電壓。也可以成為之后在定時(shí)t7提供斜坡電 壓，在該節(jié)點(diǎn)CPI的電壓達(dá)到自動(dòng)調(diào)零電平之前將利用計(jì)數(shù)器15進(jìn)行 計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)器時(shí)鐘信號(hào)的信號(hào)數(shù)作為轉(zhuǎn)換后的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行輸出的結(jié) 構(gòu)。
權(quán)利要求
1.一種恒流源，其特征在于，具有恒壓源；電阻負(fù)載，將從所述恒壓源產(chǎn)生的電壓轉(zhuǎn)換為有助于電容性負(fù)載的充放電的恒定電流，所述電阻負(fù)載由開關(guān)電容器構(gòu)成。
2. 如權(quán)利要求1的恒流源，其特征在于，動(dòng)作穩(wěn)定的電容成分。
3. —種斜坡電壓發(fā)生電路，其特征在于，具有電容性負(fù)載，基于由權(quán)利要求1的恒流源產(chǎn)生的恒定電流進(jìn)行 充放電，基于所述電容性負(fù)載的一端的輸出，產(chǎn)生斜坡電壓。
4. 如權(quán)利要求3的斜坡電壓發(fā)生電路，其特征在于， 以如下的方式構(gòu)成可改變從所述恒壓源產(chǎn)生的電壓^i、由所述開關(guān)電容器表示的等價(jià)電阻值、以及所述電容性負(fù)載表示的靜電電容值中 的至少任意一個(gè)值，由此，可控制所產(chǎn)生的斜坡電壓的傾斜度。
5. —種A/D轉(zhuǎn)換器，其特征在于，具有 權(quán)利要求3的斜坡電壓發(fā)生電路；電壓比較電路，利用運(yùn)算器對(duì)1個(gè)或者多個(gè)被轉(zhuǎn)換模擬電壓進(jìn)行采 樣保持，將采樣保持的所述1個(gè)或者多個(gè)被轉(zhuǎn)換模擬電壓和由從所述斜成比例的電壓提供的參考電壓進(jìn)行比較，并且，在所述參考電壓與所述被轉(zhuǎn)換模擬電壓相等的時(shí)刻進(jìn)行輸出變化，計(jì)數(shù)器，對(duì)與所述參考電壓對(duì)應(yīng)的數(shù)字值進(jìn)行計(jì)數(shù)并輸出； 鎖存電路，在所述電壓比較電路的輸出變化時(shí)，對(duì)從所述計(jì)數(shù)器輸出的所述數(shù)字值進(jìn)行鎖存并輸出。
6. 如權(quán)利要求5的A/D轉(zhuǎn)換器，其特征在于， 所述運(yùn)算器使用反相器電路構(gòu)成，具有電壓合成電路，產(chǎn)生在所述反相器電路的輸入判定電壓上加上 所述被轉(zhuǎn)換模擬電壓與所述參考電壓的差電壓后的合成電壓，作為所述 反相器電路的輸入電壓。
7. 如權(quán)利要求5的A/D轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述運(yùn)算器由分別將所述被轉(zhuǎn)換模擬電壓和所述斜坡電壓作為輸 入電壓的差動(dòng)輸入型的運(yùn)算放大器構(gòu)成。
8. 如權(quán)利要求5的A/D轉(zhuǎn)換器，其特征在于，號(hào)的頻率、和所述計(jì)數(shù)器中所使用的計(jì)數(shù)器時(shí);中信號(hào)的頻率;固定的比 率。
9. 如權(quán)利要求5的A/D轉(zhuǎn)換器，其特征在于， 以如下的方式構(gòu)成控制從所述斜坡電壓發(fā)生電路產(chǎn)生的所述斜坡電壓的傾斜度，由此，可對(duì)針對(duì)所述被轉(zhuǎn)換模擬電壓的轉(zhuǎn)換后的所述數(shù) 字值進(jìn)行增益設(shè)定。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于提供一種斜坡電壓發(fā)生電路，適于對(duì)由A/D轉(zhuǎn)換動(dòng)作得到的數(shù)字值中產(chǎn)生的分散進(jìn)行抑制的A/D轉(zhuǎn)換器。具有穩(wěn)定電壓源Vref、向非反轉(zhuǎn)輸入端子輸入從電壓源Vref輸出的電壓VREF并且反轉(zhuǎn)輸入端子與開關(guān)電容器等價(jià)電阻Req連接的運(yùn)算放大器AMP1、基于運(yùn)算放大器AMP1的輸出電壓進(jìn)行針對(duì)等價(jià)電阻Req的電流Ick的導(dǎo)通控制的晶體管MNSF，基于對(duì)電流Ick進(jìn)行電流鏡像而生成的電流Iint2進(jìn)行充放電的電容性負(fù)載Cint的兩端與運(yùn)算放大器AMPint的輸出端子以及反轉(zhuǎn)輸入端子連接，從非反轉(zhuǎn)輸入端子施加穩(wěn)定電壓源Vc的電壓，將運(yùn)算放大器AMPint的輸出電壓作為斜坡電壓向外部輸出。
文檔編號(hào)H03K4/502GK101236444SQ200810004478
公開日2008年8月6日 申請(qǐng)日期2008年1月30日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月30日
發(fā)明者丸山正彥 申請(qǐng)人:夏普株式會(huì)社