專利名稱：固態(tài)成像設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及作為用于檢測物理量分布的半導(dǎo)體設(shè)備的例子的固態(tài)成像設(shè)備、成像 裝置和電子裝置，且更具體地，涉及一種(例如，通過水平地傳送信號(hào))向其它功能單元和 向外部順序地輸出信號(hào)的機(jī)制。
背景技術(shù)：
在電路領(lǐng)域中，由特定功能單元生成的電信號(hào)通常(例如，通過水平傳送)被順序 地傳送給其它功能單元和外部。例如，在各種領(lǐng)域中使用通過以矩陣形狀排列多個(gè)單位元件(例如像素)的物理 量分布檢測半導(dǎo)體設(shè)備，其中這些單位元件具有對(duì)在從外部輸入的諸如光或輻射的電磁 波、壓力(接觸等)等等的物理量的改變的敏感性。作為例子，在視頻裝置的領(lǐng)域中，使用包括CCD (電荷耦合器件)型或M0S(金屬氧 化物半導(dǎo)體)或CMOS(互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體)型的成像元件(成像設(shè)備)在內(nèi)的固態(tài)成 像設(shè)備，作為物理量的例子，其檢測光(電磁波的例子)的變化。近年來，作為固態(tài)成像設(shè)備的例子，能夠克服在CCD圖像傳感固有的各種問題的 M0S和CMOS圖像傳感器備受關(guān)注。在計(jì)算機(jī)裝置領(lǐng)域，使用基于壓力的電特性的變化或光 特性的變化來檢測指紋的圖像的指紋驗(yàn)證設(shè)備等等。這些設(shè)備讀出作為電信號(hào)的物理量分 布，其被單位元件(固態(tài)成像設(shè)備中的像素)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。例如，對(duì)于每個(gè)像素，CMOS圖像傳感器具有由浮動(dòng)擴(kuò)散放大器等配置的放大器電 路。在讀出像素信號(hào)時(shí)，常常使用被稱為列并行輸出型或列型的系統(tǒng)。該列并行輸出系統(tǒng) 或列系統(tǒng)是用于(作為地址控制的例子)選擇像素陣列單元的特定行、同時(shí)訪問這一行中 的像素、并對(duì)這一行中的所有像素同時(shí)且并行地從像素陣列單元中讀出像素信號(hào)的系統(tǒng)。在固態(tài)成像設(shè)備中，可以采用用于通過模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器將從像素陣列單元讀出 的模擬像素信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)然后輸出該數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的系統(tǒng)。這同樣也適用于列并行輸出型的固態(tài)成像設(shè)備。已經(jīng)提出各種信號(hào)輸出電路作 為固態(tài)成像設(shè)備的信號(hào)輸出電路。作為最先進(jìn)型的信號(hào)輸出電路，考慮包括用于每列的 AD轉(zhuǎn)換器且將圖像信號(hào)取出到外部作為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的系統(tǒng)(參見例如W.Yang et al. ,"An Integrated 800X600 CMOS image system", ISSCC99 DIFEST OF TECHNICAL PAPERS, SESSION 17/PAPER WA17. 3，PP. 304-305，F(xiàn)eb.，IEEE, 1999 (此后稱為非專利文獻(xiàn) 1))。作為AD轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，已經(jīng)從電路大小、處理速度(速度的增加)、分辨率等等的角度 來考慮各種系統(tǒng)。作為例子，存在被稱為斜率積分型或斜坡信號(hào)比較型(在本說明書中此 后被稱為參考信號(hào)比較型)的AD轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其用于比較模擬單元信號(hào)與其值逐漸改變的所 謂斜坡狀參考信號(hào)(斜坡波)，用于將單元信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，與該比較處理并行地進(jìn)行
3計(jì)數(shù)處理，以及基于當(dāng)完成比較處理時(shí)的點(diǎn)處的計(jì)數(shù)值來獲取單元信號(hào)的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。在非 專利文獻(xiàn)1中，公開了采用參考信號(hào)比較型的AD轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的配置示例。像素的模擬輸出可 以在低頻帶中以列并行進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換?？梢哉f這適合于實(shí)現(xiàn)高圖像質(zhì)量和高速度這兩者的 圖像傳感器。

發(fā)明內(nèi)容
但是，當(dāng)基于從單位像素獲得的圖像信號(hào)的關(guān)于像素的信息被輸出到后一級(jí)(通 常被稱為水平傳送)時(shí)，在用于水平傳送的信號(hào)線(信息傳送路徑具體地，被稱為水平信 號(hào)線)上出現(xiàn)的寄生電容引發(fā)了問題。當(dāng)寄生電容的電容值增加時(shí)，寄生電容很有可能導(dǎo) 致信號(hào)延遲，且防止在信息傳送的速度的提高。例如，當(dāng)進(jìn)行高速操作用于例如增加幀速率時(shí)，有必要以高速進(jìn)行諸如行掃描和 水平傳送的操作。當(dāng)包含AD轉(zhuǎn)換時(shí)，也有必要以高速進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換。當(dāng)希望在高速操作期 間增加水平傳送的速度時(shí)，直到由列地址選擇來指定的列的信息輸出級(jí)驅(qū)動(dòng)了水平信號(hào)線 且列的信息到達(dá)了后一級(jí)的電路的時(shí)間是主要的。當(dāng)采用列并行輸出型時(shí)，在水平方向上用于像素列的信息輸出級(jí)被連接到水平信 號(hào)線。各個(gè)信息輸出級(jí)的寄生電容被組合以形成總體寄生電容C。由于作為信息傳送路徑 的水平信號(hào)線的長度而導(dǎo)致的線電阻R取決于像素列的數(shù)量而增加。用大的寄生電容C和 大的線電阻R作為負(fù)載來驅(qū)動(dòng)所選列的信息輸出級(jí)。寄生CR限制了像素信息的傳送速度。 近年來，由于存在對(duì)于像素增加的需求，被連接于水平信號(hào)線的信息輸出級(jí)的數(shù)量趨于增 加。這限制了近年來特別需求的高速操作。因此，希望提供一種向設(shè)備的其它功能單元和外部順序地傳送和輸出信號(hào)，且能 夠以高速傳送信號(hào)的機(jī)制。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，提供一種固態(tài)成像設(shè)備，包括互補(bǔ)信號(hào)生成單元，其基于 從像素單元的各個(gè)單位像素讀出的模擬像素信號(hào)，生成具有彼此互補(bǔ)的兩種互補(bǔ)信號(hào)；兩 種互補(bǔ)信號(hào)線，其傳輸兩種互補(bǔ)信號(hào)；以及差分放大單元，其通過差分輸入接收在兩種互補(bǔ) 信號(hào)線上的信號(hào)，并比較該信號(hào)。直接地說，固態(tài)成像設(shè)備具有如下特性當(dāng)水平地傳送像素信息時(shí)，像素信息被傳 送作為彼此互補(bǔ)的兩種互補(bǔ)信號(hào)，且由后一級(jí)處的差分放大單元再現(xiàn)原始信息(或與其等 同的信息)。固態(tài)成像設(shè)備可以被形成作為一個(gè)芯片，或可以是具有通過集合地封裝成像單元 和信號(hào)處理單元而形成的成像功能的模塊狀形式。本實(shí)施例還應(yīng)用于成像裝置。在該例中，成像裝置獲得與固態(tài)成像設(shè)備一樣的效 果。成像裝置涉及攝像機(jī)(或攝像機(jī)系統(tǒng))或具有成像功能的便攜式裝置?！俺上瘛辈粌H包 括去通常攝像機(jī)拍攝期間捕獲圖像，而且包括在更廣意義上的指紋檢測等等。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，提供一種電子裝置，其包括兩種互補(bǔ)信號(hào)線傳輸具有彼此 的互補(bǔ)性的兩種互補(bǔ)信息；掃描單元，其分別傳送在互補(bǔ)信號(hào)線上的兩種互補(bǔ)信息 ’放大 單元，其分別放大在兩種互補(bǔ)信號(hào)線上的兩種互補(bǔ)信息；以及差分放大單元，其通過差分輸 入接收由放大單元放大的各個(gè)信號(hào)，并比較信號(hào)。直接地說，電子裝置具有如下特性當(dāng)傳送信息時(shí)，信息被傳送作為具有彼此互補(bǔ)
4性的兩種互補(bǔ)數(shù)據(jù)，且在后一級(jí)處的差分放大單元來再現(xiàn)原始數(shù)據(jù)。具體地，放大單元被插 入在互補(bǔ)性信號(hào)線和差分放大單元之間，且在信號(hào)線側(cè)上的幅度被設(shè)置得很小，且在差分 放大單元的輸入側(cè)上幅度被設(shè)置得大。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，像素信息被傳送作為互補(bǔ)信號(hào)，且被后一級(jí)處的差分放大 單元再現(xiàn)。因此，即使噪聲被混合到信號(hào)線上的信號(hào)中，可以消除噪聲的影響。因此，能夠 進(jìn)行高速傳送。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)被傳送作為互補(bǔ)數(shù)據(jù)并被后一級(jí)處的差分放 大單元再現(xiàn)。因此，即使噪聲被混合到信號(hào)線上的信號(hào)中，可以消除噪聲的影響。放大單元 被插入在互補(bǔ)信號(hào)線和差分放大單元之間，在信號(hào)線側(cè)上的幅度被設(shè)置得小，且在差分放 大單元的輸入側(cè)上的幅度被設(shè)置得大。因此，可以解決由于在作為總線線的水平信號(hào)線上 的寄生電容而造成的問題。這是因?yàn)楣母?，且在具有小幅度的信息的傳送中能夠比?具有大幅度的信息的傳送中具有較高速傳送操作。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的作為固態(tài)成像設(shè)備的CMOS固態(tài)成像設(shè)備的示意 圖；圖2A是示出用于執(zhí)行參考信號(hào)比較型的AD轉(zhuǎn)換的基本電路的配置的例子(第一 例子)的圖；圖2B是示出用于執(zhí)行參考信號(hào)比較型的AD轉(zhuǎn)換的基本電路的配置的例子(第二 例子)的圖；圖3A是用于說明參考信號(hào)比較型的AD轉(zhuǎn)換的第一處理例子中的操作的時(shí)序圖；圖3B是用于說明參考信號(hào)比較型的AD轉(zhuǎn)換的第二處理例子中的操作的時(shí)序圖；圖3C是用于說明參考信號(hào)比較型的AD轉(zhuǎn)換的第四處理例子中的選擇的時(shí)序圖；圖4A是示出數(shù)據(jù)存儲(chǔ)/傳送與輸出單元的細(xì)節(jié)的電路方框圖；圖4B是示出數(shù)據(jù)存儲(chǔ)/傳送與輸出單元和輸出電路的外圍的配置例子的電路方 框圖；圖4C是用于說明圖4B所示的配置的級(jí)別操作的電壓電平圖；圖5A是用于說明具體配置例子的圖；圖5B是用于說明具體配置例子的圖；圖6A是用于說明圖5B所示的比較的配置例子的操作的圖；圖6B是用于說明應(yīng)用了圖5B所示的配置例子的實(shí)施例的操作的圖；圖6C是用于說明在圖5B所示的配置例子中第三電平調(diào)整單元的電平控制動(dòng)作的 圖；圖6D是用于說明在圖5B所示的配置例子中第三電平調(diào)整單元的電平控制動(dòng)作的 另一圖；圖6E是用于說明在在圖5B所示的配置例子中的差分放大單元的NM0S晶體管的 偏壓電平和信息再現(xiàn)動(dòng)作之間的關(guān)系的圖；以及圖7是示出作為使用與根據(jù)實(shí)施例的固態(tài)成像設(shè)備相同的機(jī)制的物理信息獲取 裝置的例子的成像裝置的示意結(jié)構(gòu)的圖。
具體實(shí)施例方式下文參考

本發(fā)明的實(shí)施例。在下述例子中，使用作為X-Y地址型的固態(tài) 成像設(shè)備的例子的CMOS固態(tài)成像設(shè)備作為設(shè)備。假設(shè)，由NM0S組成CMOS固態(tài)成像設(shè)備的 所有像素。但是，這僅是一個(gè)例子。將被使用的設(shè)備不局限于M0S型的固態(tài)成像設(shè)備。稍后 描述的所有實(shí)施例都可以以相同的方式被應(yīng)用于通過以線狀或矩陣狀來排列多個(gè)單位元 件而檢測所形成的物理量分布的所有半導(dǎo)體設(shè)備，其中，多個(gè)單位元件具有對(duì)從外部輸入 的諸如光或輻射的電磁波的敏感性。<固態(tài)成像設(shè)備的概述>圖1是作為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的固態(tài)成像設(shè)備的CMOS固態(tài)成像設(shè)備(CMOS圖 像傳感器)的示意圖。固態(tài)成像設(shè)備1具有以行和列(S卩，以二維矩陣狀)排列多個(gè)像素的像素單元，該 多個(gè)像素包括輸出對(duì)應(yīng)于入射光量的信號(hào)的光接收元件(電荷生成單元的例子)。來自各 個(gè)像素的信號(hào)輸出是電壓信號(hào)。在固態(tài)成像設(shè)備1中列并行地提供CDS(相關(guān)雙采樣)處 理功能單元、ADC(模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器)等等。“列并行地提供⑶S處理功能單元和數(shù)字轉(zhuǎn)換單元”意味著，基本平行于垂直列中 的垂直信號(hào)線(列信號(hào)線的例子)19而提供多個(gè)CDS處理功能單元和多個(gè)數(shù)字轉(zhuǎn)換單元。當(dāng)在平面上看設(shè)備時(shí)，可以在相對(duì)于像素陣列單元10的列方向上的僅一個(gè)邊緣 側(cè)(在圖中下側(cè)排列的輸出側(cè))上排列所有各個(gè)多個(gè)功能單元?？商鎿Q地，可以在相對(duì)于 像素陣列單元10的列方向上的一個(gè)邊緣側(cè)(在圖中下側(cè)上排列的輸出側(cè))上和在該一個(gè) 邊緣側(cè)的相反側(cè)上的另一邊緣側(cè)(圖中上側(cè))上分開地排列各個(gè)多個(gè)功能單元。在后一情 況下，可考慮也在各個(gè)邊緣側(cè)上分開地排列在行方向上進(jìn)行讀出掃描(水平掃描)的水平 掃描單元，且可以彼此獨(dú)立地操作這些水平掃描單元。例如，作為以列并行提供CDS處理功能單元和數(shù)字轉(zhuǎn)換單元的典型例子，存在如 下列型其中對(duì)于在成像單元的輸出側(cè)上提供的被稱為列區(qū)域的部分中的各個(gè)垂直列提供 CDS處理功能單元和數(shù)字轉(zhuǎn)換單元，且順序地向輸出側(cè)讀出信號(hào)。固態(tài)成像設(shè)備1不局限于 列型(列并行型)。例如，還可能采用將一個(gè)CDS處理功能單元和一個(gè)數(shù)字轉(zhuǎn)換單元分配到 相鄰的多個(gè)(例如兩個(gè))垂直信號(hào)線19(垂直列)的形式、或?qū)⒁粋€(gè)CDS處理功能單元和 一個(gè)數(shù)字轉(zhuǎn)換單元分配到位于N線間隔(N是正整數(shù)；N-1條線被排列在N條線之間)處的 N個(gè)垂直信號(hào)線19(垂直列)。在除了列型以外的所有形式中，多個(gè)垂直信號(hào)線19(垂直列)共同使用一個(gè)CDS 處理功能單元和一個(gè)數(shù)字轉(zhuǎn)換單元。因此，提供用于供應(yīng)多個(gè)列的像素信號(hào)的開關(guān)電路 (開關(guān))，其中多個(gè)列的像素信號(hào)從像素陣列單元10側(cè)被供應(yīng)到一個(gè)CDS處理功能單元和 一個(gè)數(shù)字轉(zhuǎn)換單元。取決于后一級(jí)的處理，分別需要諸如用于提供存儲(chǔ)輸出信號(hào)的存儲(chǔ)器 的措施之類的措施。在任何情況下，提供例如采用將一個(gè)CDS處理功能單元和一個(gè)數(shù)字轉(zhuǎn)換單元分配 到多個(gè)垂直信號(hào)線19(垂直列)的形式，相比于在讀出像素列單元中的像素信號(hào)以在各個(gè) 單位像素中進(jìn)行相同信號(hào)處理之后進(jìn)行各個(gè)像素信號(hào)的信號(hào)處理的形式，能夠簡化在各個(gè)單位像素中的結(jié)構(gòu)，且處理圖像傳感器的像素的增加、尺寸的減少、成本的減少等等?？梢圆⑿杏谝粤胁⑿信帕械亩鄠€(gè)信號(hào)處理單元，同時(shí)處理一行的像素信號(hào)。因此， 相比于在輸出電路側(cè)和在設(shè)備的外部上的一個(gè)CDS處理功能單元和一個(gè)數(shù)字轉(zhuǎn)換單元中 進(jìn)行處理的情況，可以以低速激活信號(hào)處理單元。該形式在功率節(jié)省、帶寬性能、噪聲等等 方面有優(yōu)勢。換句話說，當(dāng)功耗、帶寬性能等等被設(shè)置成相同時(shí)，整個(gè)傳感器的高速操作是 可能的。在列型的結(jié)構(gòu)的情況下，還存在如下優(yōu)勢可以以低速激活信號(hào)處理單元，該結(jié)構(gòu) 在功耗、帶寬性能、噪聲等等方面有優(yōu)勢，且不需要開關(guān)電路(開關(guān))。在以下實(shí)施例中，除 非另外具體說明，否則采用列型。如圖1所示，根據(jù)本實(shí)施例的固態(tài)成像設(shè)備1包括像素陣列單元10，也被稱為像 素單元；成像單元等等，其中將多個(gè)單位像素3排列為行和列；驅(qū)動(dòng)控制單元7，被提供在像 素陣列單元10的外側(cè)；讀出電流源單元24，其供應(yīng)向像素陣列單元10的單位像素3讀出 的像素信號(hào)的操作電流(讀出電流)；列處理單元26，具有被排列為各個(gè)垂直列上的列電路 25 ；以及輸出電路(S/A 傳感放大器)28。在相同的半導(dǎo)體襯底上提供各個(gè)功能單元。當(dāng)需要時(shí)在輸出電路28的前一級(jí)處提供數(shù)字算術(shù)單元29?！爱?dāng)需要時(shí)”意味著， 例如，在列電路25的后一級(jí)處、而不是在列電路25中，進(jìn)行在復(fù)位電平Srst和信號(hào)電 平Ssig之間的差分處理，或由列處理單元26進(jìn)行對(duì)應(yīng)于補(bǔ)數(shù)計(jì)數(shù)處理和其他乘法累計(jì) (multiply-accumulate)處理的數(shù)據(jù)校正。在圖1中，為了圖示的簡化，現(xiàn)在示出了行和列的一部分。但是實(shí)際上，在各個(gè)行 和列上排列幾十到幾千個(gè)單位像素3。單位像素3典型地包括作為發(fā)光元件(電荷生成 單元)的光電二極管，其是檢測單元的例子；以及像素(像素信號(hào)生成單元的例子)內(nèi)的放 大器，其具有用于放大的半導(dǎo)體元件(例如晶體管)。在固態(tài)成像設(shè)備1中，像素陣列單元10可適用于通過使用顏色分離過濾器來進(jìn) 行彩色成像。換句話說，像素陣列單元10適用于通過提供任一個(gè)顏色分離過濾器的濾色 器而成像的彩色圖像，該顏色分離過濾器由在例如光接收表面上的所謂拜耳陣列(Bayer array)中的用于對(duì)彩色圖像成像的多個(gè)顏色的濾色器的組合來組成，其中使得各個(gè)電荷生 成單元(光電二極管等等)的電磁波(在該例中，光)入射在該光接收表面上。每個(gè)列電路25具有差分處理單元(⑶S) 25a和AD轉(zhuǎn)換單元(ADC) 25b的功能，該差 分處理單元(CDS) 25a執(zhí)行在緊接著像素復(fù)位(下文稱為復(fù)位電平)之后的信號(hào)電平(即 像素信號(hào)So的參考電平)與信號(hào)電平之間的差分處理，以獲取由復(fù)位電平與信號(hào)電平之間 的差值所指示的信號(hào)分量，AD轉(zhuǎn)換單元(ADC) 25b將作為像素信號(hào)的參考電平的復(fù)位電平 與信號(hào)電平之間的差值的信號(hào)分量轉(zhuǎn)換為N位數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。差分處理單元25a和AD轉(zhuǎn)換單元25b的排列次序是任意的。例如，如圖1所示， 差分處理單元25a可以進(jìn)行模擬復(fù)位電平與模擬信號(hào)電平之間的差分處理，且AD轉(zhuǎn)換單元 25b可以將差分處理的結(jié)果轉(zhuǎn)換成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。可替換地，雖然未在圖中示出，AD轉(zhuǎn)換單元 25b可以將復(fù)位電平和信號(hào)電平分別轉(zhuǎn)換成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，且差分處理單元25a可以計(jì)算各個(gè) 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)之間的差值。在AD轉(zhuǎn)換單元25b中將像素信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)不是必不可少的。差分處理單元25a的功能等同于用于計(jì)算復(fù)位電平Srst和信號(hào)電平Ssig之間的 差值的處理，其中該信號(hào)電平Ssig包括像素信號(hào)電壓Vx的真實(shí)信號(hào)分量Vsig(對(duì)應(yīng)于所接收的光量)(等同于所謂⑶S處理)。通過此功能，可能消除被稱為固定樣式噪聲(FPN) 和復(fù)位噪聲的噪聲信號(hào)分量。以此方式，根據(jù)本實(shí)施例的列電路25可以被配置以用作AD轉(zhuǎn)換/噪聲消除信號(hào) 處理設(shè)備，其具有用于將從像素陣列單元10傳送的模擬像素信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的AD轉(zhuǎn) 換功能、以及控制和消除噪聲分量的功能。列電路25將從由選擇列地址的垂直掃描單元14 選擇的行中的單位像素3輸出的像素信號(hào)電壓Vx對(duì)于一行同時(shí)地轉(zhuǎn)換成n位數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，并 進(jìn)行噪聲消除信號(hào)處理。作為在列處理單元26中的AD轉(zhuǎn)換處理，能夠采用并行地逐行使用被提供在各列 中的列電路25(更具體地，AD轉(zhuǎn)換單元25b)來對(duì)被并行地保持在行單元中的模擬信號(hào)進(jìn) 行AD轉(zhuǎn)換的方法。在該例中，可考慮采用參考信號(hào)比較型(單斜坡積分型(single slope integration)、斜坡信號(hào)比較型等等)的AD轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。該方法具有如下特性由于可以由 簡單的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)AD轉(zhuǎn)換器，因此即使并行地提供電路，電路尺寸也不大。 在該例中，通過設(shè)計(jì)AD轉(zhuǎn)換單元25b的電路配置和操作，能夠進(jìn)行⑶S處理，用于 相對(duì)于通過垂直信號(hào)線19輸入的電壓模式的像素信號(hào)來計(jì)算緊接著像素復(fù)位之后的復(fù)位 電平與真實(shí)的信號(hào)電平(對(duì)應(yīng)于所接收的光量)之間的差值。能夠使得AD轉(zhuǎn)換單元25b 用作消除諸如固定樣式噪聲的的噪聲信號(hào)分量的差分處理單元25a。在參考信號(hào)比較型的AD轉(zhuǎn)換中，基于從轉(zhuǎn)換開始(比較處理的開始)到轉(zhuǎn)換結(jié)束 (比較處理的結(jié)束)的時(shí)間來確定計(jì)數(shù)操作有效期(指示該時(shí)期的信號(hào)被稱為計(jì)數(shù)使能信 號(hào))，且基于計(jì)數(shù)使能信號(hào)將模擬處理對(duì)象信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。采用用于列電路25的處理信號(hào)比較型的AD轉(zhuǎn)換系統(tǒng)僅是一個(gè)例子。只要可以進(jìn) 行AD轉(zhuǎn)換處理和噪聲消除信號(hào)處理，可以優(yōu)選地采用其他任意電路配置。像素信號(hào)電壓Vx被AD轉(zhuǎn)換成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，且被列電路25水平地傳送。可以水平地 傳送對(duì)應(yīng)于像素信號(hào)電壓Vx的模擬信息。在該例中，可建議對(duì)于每個(gè)像素列進(jìn)行CDS處理， 其用于在差分處理單元25a中計(jì)算復(fù)位電平Srst與像素信號(hào)電壓Vx的像素電平Ssig之 間的差值。該實(shí)施例特性在于，在用于解決由于水平傳送中在水平信號(hào)線18上的負(fù)載電容 導(dǎo)致的問題的機(jī)制。作為參考信號(hào)比較型的AD轉(zhuǎn)換的具體機(jī)制，可以使用諸如在非專利文 件1中公開的機(jī)制之類的任何機(jī)制。如稍后詳細(xì)描述的，根據(jù)本實(shí)施例的水平傳送具有如下特性具有表示對(duì)應(yīng)于像 素信號(hào)電壓Vx的一個(gè)信息的互補(bǔ)性的兩個(gè)信息被水平地傳送以恢復(fù)在后一級(jí)電路中的原 始信息。具體地，優(yōu)選地，關(guān)于通過AD轉(zhuǎn)換像素信號(hào)電壓Vx而獲得的數(shù)字信息的各個(gè)位數(shù) 據(jù)，具有互補(bǔ)性的兩個(gè)邏輯上相反的互補(bǔ)數(shù)據(jù)被水平地傳送以恢復(fù)后一級(jí)電路的原始位數(shù) 據(jù)。例如，當(dāng)水平地傳送模擬信息時(shí)，通過組成一對(duì)的不同的水平信號(hào)線18和18x將 具有相反極性的差分信號(hào)分別傳送給輸出電路28。當(dāng)水平地傳送數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)時(shí)，通過組成一 對(duì)的水平信號(hào)線18和18x(對(duì)于每個(gè)位)來將具有對(duì)于每個(gè)位的相反L/H的關(guān)系的互補(bǔ)數(shù) 據(jù)(互補(bǔ)位數(shù)據(jù))傳送給輸出電路28。任意地判斷如何生成差分信號(hào)和互補(bǔ)數(shù)據(jù)。差分信 號(hào)和互補(bǔ)數(shù)據(jù)被統(tǒng)稱為互補(bǔ)信息。驅(qū)動(dòng)控制單元7具有用于順序地讀出像素陣列單元10的信號(hào)的控制電路功能。例如，驅(qū)動(dòng)控制單元7包括控制列地址和列掃描的水平掃描單元(列掃描電路)12 ；控制列 地址和列掃描的垂直掃描單元(列掃描電路)14 ；以及具有例如生成內(nèi)部時(shí)鐘的功能的通 信/時(shí)序控制單元20。單位像素3通過行選擇的行控制線15和垂直信號(hào)線19分別被連接于垂直掃描單 元14和列處理單元26，其中列電路25被提供用于各個(gè)垂直列。行控制線15指示從垂直掃 描單元14進(jìn)入像素的通常的配線。垂直掃描單元14選擇像素陣列單元10的行，并向該行供應(yīng)所需的脈沖。例如，垂 直掃描單元14包括垂直解碼器14a，其定義在垂直方向上的讀出行(選擇像素陣列單元 10的行)；以及垂直驅(qū)動(dòng)單元14b，其向在由垂直解碼14a定義的(在行方向上的)讀出地 址上的單位像素3的行控制線15供應(yīng)脈沖，并驅(qū)動(dòng)之。垂直解碼器14a選擇除了從其讀出 信號(hào)的行(讀出行還被稱為選擇行或信號(hào)輸出行)以外的例如用于電子快門的行。水平掃描單元12具有讀出掃描單元的功能，該讀出掃描單元選擇與時(shí)鐘同步地 依次選擇列處理單元26的列電路25，并向水平信號(hào)線18讀出通過數(shù)字地轉(zhuǎn)換像素信號(hào)而 獲得的數(shù)據(jù)。例如，水平掃描單元12包括水平解碼器12a，其定義在水平方向上的讀出行 (選擇在列處理單元26中的各個(gè)列電路25)；和水平驅(qū)動(dòng)單元12b，其根據(jù)由水平解碼器 12a定義的讀出地址來將列處理單元26的各個(gè)信號(hào)導(dǎo)向水平信號(hào)線18。水平信號(hào)線18是 用于傳送由列電路25生成的數(shù)據(jù)的總線。雖然未在圖中示出，通信/時(shí)序控制單元20包括時(shí)序生成器TG(讀出地址控制 設(shè)備的例子)的功能塊，其供應(yīng)各個(gè)單元的操作所需的時(shí)鐘和預(yù)定時(shí)序的脈沖信號(hào)；以及 通信接口的功能塊，其由終端5a接收經(jīng)從外部的主控制單元供應(yīng)的主時(shí)鐘CLK0，經(jīng)由終端 5b接收從外部的主控制單元供應(yīng)的指示操作模式等等的數(shù)據(jù)，并向外部的主控制單元輸出 包括關(guān)于固態(tài)成像設(shè)備1的信息的數(shù)據(jù)。例如，通信/時(shí)序控制單元20向水平解碼器12a輸出水平地址信號(hào)，并向垂直解 碼器14a輸出垂直地址信號(hào)。各個(gè)解碼器12a和14a分別接收地址信號(hào)，并選擇對(duì)應(yīng)于地 址信號(hào)的行和列。水平掃描單元12和垂直掃描單元14包括用于地址設(shè)置的解碼器12a和 14a,并響應(yīng)于從通信/時(shí)序控制單元20給出的控制信號(hào)CN1和CN2，通過進(jìn)行移位操作(掃 描)來切換(switch)讀出地址。在該情況下，由于以二維矩陣狀排列單位像素3，因此可考慮通過進(jìn)行(垂直)掃 描，以在行單元中(列并行)訪問并獲取由被提供在單位像素3中的像素信號(hào)生成單元所 生成的、并通過垂直信號(hào)線19在列方向上輸出的模擬像素信號(hào)，然后進(jìn)行(水平)掃描，以 在作為垂直列的排列方向的行方向上訪問并向外部讀出像素信號(hào)(在該例中，數(shù)字化的像 素?cái)?shù)據(jù))，來增加讀出像素信號(hào)和像素?cái)?shù)據(jù)的速度。不需要說，不僅掃描是可能的，而且用于 通過直接指定期望被讀出的單位像素3的地址來讀出所需單位像素3的信息的隨機(jī)訪問是 可能的。采用諸如水平掃描單元12和垂直掃描單元14之類的驅(qū)動(dòng)控制單元7的各個(gè)組 件，來與像素陣列單元10 —起形成固態(tài)成像設(shè)備1的一部分，作為在單晶硅的半導(dǎo)體區(qū)域 中整體地形成的所謂單芯片的組件，且作為半導(dǎo)體系統(tǒng)的一個(gè)例子的CMOS圖像傳感器。可以形成固態(tài)成像設(shè)備1作為其中以此方式在半導(dǎo)體區(qū)域中整體地形成各個(gè)單 元的一個(gè)芯片。替換地，雖然未在圖中示出，但固態(tài)成像設(shè)備1可以采用模塊狀的形式，模
9塊狀的形式具有通過集合地封裝除了諸如像素陣列單元10、驅(qū)動(dòng)控制單元7和列處理單元 26之類的各種信號(hào)處理單元、諸如攝像鏡頭、低通濾光器和/或紅外切斷過濾器(infrared cut filter)之類的光學(xué)系統(tǒng)而形成的成像功能。在具有這種結(jié)構(gòu)的固態(tài)成像設(shè)備1中，通過垂直信號(hào)線19向列處理單元26的列 電路25，對(duì)于各個(gè)垂直列，供應(yīng)從單位像素3輸出的像素信號(hào)。在基本結(jié)構(gòu)中沒有提供數(shù)據(jù)存儲(chǔ)/傳送與輸出單元256的情況下，AD轉(zhuǎn)換單元 25b或差分處理單元25a的輸出被連接于水平信號(hào)線18。當(dāng)信號(hào)模擬地經(jīng)過差分處理單元 25a的差分處理，然后被AD轉(zhuǎn)換單元25b轉(zhuǎn)換成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)時(shí)，AD轉(zhuǎn)換單元25b的輸出被連 接于水平信號(hào)線18。相反地，當(dāng)信號(hào)被AD轉(zhuǎn)換單元25b轉(zhuǎn)換成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，然后經(jīng)過差分處 理單元25a的差分處理時(shí)，差分處理單元25a的輸出被連接于水平信號(hào)線18。如圖1所示， 以下說明前面的情況。通過控制線12c從水平掃描單元12向AD轉(zhuǎn)換單元25b輸入控制脈沖(水平數(shù)據(jù) 傳送時(shí)鐘CpH )。AD轉(zhuǎn)換單元25b具有保持計(jì)數(shù)結(jié)果的鎖存器功能，且保持?jǐn)?shù)據(jù)直到通過控 制線12c接收控制脈沖的指令。在該實(shí)施例中，如圖所示，各個(gè)列電路25的輸出側(cè)包括在AD轉(zhuǎn)換單元25b的后 一級(jí)上的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)/傳送與輸出單元256、作為存儲(chǔ)由AD轉(zhuǎn)換單元25b保持的計(jì)數(shù)結(jié)果的 N位存儲(chǔ)器設(shè)備；以及在AD轉(zhuǎn)換單元25b和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)/傳送與輸出單元256之間排列的作 為數(shù)據(jù)開關(guān)單元的例子的開關(guān)(SEL)258。當(dāng)采用包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)/傳送與輸出單元256的結(jié)構(gòu)時(shí)，以預(yù)定時(shí)序，與另一垂直列 中的另一開關(guān)258共同地，將作為控制脈沖的存儲(chǔ)器傳送指令脈沖CN8從通信/時(shí)序控制 單元20供應(yīng)給開關(guān)258之一。當(dāng)供應(yīng)了存儲(chǔ)器傳送指令脈沖CN8時(shí)，基于負(fù)載功能，開關(guān)258向數(shù)據(jù)存儲(chǔ)/傳送 與輸出單元256傳送在對(duì)應(yīng)于開關(guān)258的列中的AD轉(zhuǎn)換單元25b的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)/傳 送與輸出單元256保持并存儲(chǔ)所傳送的數(shù)據(jù)。由于提供了開關(guān)258，因此根據(jù)本實(shí)施例的水平掃描單元12具有讀出掃描單元的 功能，該讀出掃描單元與由列處理單元26的各個(gè)差分處理單元25a和各個(gè)AD轉(zhuǎn)換單元25b 分別進(jìn)行的處理并行地讀出由各個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)/傳送與輸出單元256保持的數(shù)據(jù)。當(dāng)采用包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)/傳送與輸出單元256的結(jié)構(gòu)時(shí)，AD轉(zhuǎn)換單元25b可以向數(shù) 據(jù)存儲(chǔ)/傳送與輸出單元256傳送在此保持的AD轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。因此，能夠控制AD轉(zhuǎn)換單元 25b的AD轉(zhuǎn)換處理和用于彼此獨(dú)立地向水平信號(hào)線18讀出AD轉(zhuǎn)換的結(jié)果的操作?？梢詫?shí) 現(xiàn)用于進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換處理的管道操作，和用于向外部并行地讀出信號(hào)的操作。例如，通過鎖存(保持或存儲(chǔ))AD轉(zhuǎn)換單元25b中的像素?cái)?shù)據(jù)的AD轉(zhuǎn)換結(jié)果，來 完成AD轉(zhuǎn)換。然后，在預(yù)定時(shí)序，像素?cái)?shù)據(jù)被傳送給數(shù)據(jù)存儲(chǔ)/傳送與輸出單元256，并在 其中存儲(chǔ)和保持傳送數(shù)據(jù)。然后，列電路25基于以預(yù)定時(shí)序與從水平掃描線12通過控制 線12c輸入的控制脈沖同步的移位操作，從輸出端5c向列處理單元26的外部和具有像素 陣列單元10的芯片的外部順序地輸出在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)/傳送與輸出單元256中存儲(chǔ)和保持的 像素?cái)?shù)據(jù)。 參考信號(hào)比較型的AD轉(zhuǎn)換的機(jī)制Y>圖2A和2B示出了用于執(zhí)行參考信號(hào)比較型的AD轉(zhuǎn)換的基本電路配置的例子。
如圖2A所示，作為用于執(zhí)行參考信號(hào)比較型的AD轉(zhuǎn)換的第一配置例子，電路包括 向列處理單元26供應(yīng)AD轉(zhuǎn)換的參考信號(hào)SLP_ADC的參考信號(hào)生成單元27。參考信號(hào)SLP_ ADC僅必須具有隨通常特定傾斜而線性地變化的波形。該變化可以是平滑的斜面狀變化或 可以是順序的階梯方式的變化。參考信號(hào)生成單元27包括數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器(DAC) 27a。參考信號(hào)生成單元27從由 來自通信/時(shí)序控制單元20的參考數(shù)據(jù)CN4指示的初始值開始，與計(jì)數(shù)時(shí)鐘Ckdac同步地 生成參考信號(hào)SLP_ADC，并向列處理單元26的各個(gè)AD轉(zhuǎn)換單元25b供應(yīng)所生成的參考信號(hào) SLP_ADC作為AD轉(zhuǎn)換的參考電壓(ADC參考信號(hào))。雖然未在圖中示出，但可考慮提供用于 噪聲預(yù)防的過濾器。從通信/時(shí)序控制單元20向參考信號(hào)生成單元27的DA轉(zhuǎn)換器27a供應(yīng)的控制 數(shù)據(jù)CN4包括用于均衡數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)相對(duì)于時(shí)間的變化率的信息，以便在每個(gè)比較處理中的參 考信號(hào)SLP_ADC基本上具有相同的傾斜(變化率)。具體地，與計(jì)數(shù)時(shí)鐘Ckdac同步地在每 個(gè)單位時(shí)間上改變計(jì)數(shù)值，且由電流加法型的DA轉(zhuǎn)換器來將計(jì)數(shù)值轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)。計(jì)數(shù) 時(shí)鐘Ckdac可以與計(jì)數(shù)時(shí)鐘CK_CNT —致。AD轉(zhuǎn)換單元25b包括電壓比較單元(比較器)252，比較由參考信號(hào)生成27的DA 轉(zhuǎn)換器27a生成的參考信號(hào)SLP_ADC與通過各個(gè)行控制線15(V1、V2、V3……和Vv)的垂直 信號(hào)線19(H1、H2……和Hh)從單位像素3獲得的模擬像素信號(hào)；以及計(jì)數(shù)器單元254，其計(jì) 數(shù)直到電壓比較單元252完成比較處理，或直到完成和保持計(jì)數(shù)的結(jié)果以后經(jīng)過預(yù)定時(shí)間 的時(shí)間。AD轉(zhuǎn)換單元25b具有n位AD轉(zhuǎn)換功能。在該配置例子中的計(jì)數(shù)器單元254具有計(jì)數(shù)單元和數(shù)據(jù)保持單元(計(jì)數(shù)值保持單 元)的兩種功能，其中計(jì)數(shù)單元根據(jù)隨參考信號(hào)SLP_ADC的時(shí)間的改變來計(jì)數(shù)時(shí)鐘CK_CNT 并生成計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)(計(jì)數(shù)值)，且數(shù)據(jù)保持單元保持在由計(jì)數(shù)單元生成的計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)中對(duì)應(yīng)于 像素信號(hào)電壓Vx的計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)。AD轉(zhuǎn)換單元25b在電壓比較單元252和計(jì)數(shù)器單元254之間具有計(jì)數(shù)操作控制單 元253，其控制計(jì)數(shù)操作的時(shí)段和用于在計(jì)數(shù)器單元254中保持計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)的操作。計(jì)數(shù)操作 控制單元253具有計(jì)數(shù)相位調(diào)整單元(PH SEL) 260，其控制在計(jì)數(shù)器單元254中的計(jì)數(shù)處理 (計(jì)數(shù)操作有效期TEN)的時(shí)段。用于控制計(jì)數(shù)時(shí)段的計(jì)數(shù)時(shí)段控制信號(hào)SEL從通信/時(shí)序 控制單元20被供應(yīng)給計(jì)數(shù)相位調(diào)整單元260。比較脈沖C0MP從電壓比較單元252被供應(yīng) 給計(jì)數(shù)相位調(diào)整單元260?？上胂笫褂糜?jì)數(shù)時(shí)段控制信號(hào)SEL的各種方法。例如，計(jì)數(shù)時(shí)段控制信號(hào)SEL被 用于均勻地控制在所有列中的計(jì)數(shù)器單元254的計(jì)數(shù)操作有效期，控制通過將垂直列劃分 為若干(典型地兩個(gè))組而形成的各個(gè)組的計(jì)數(shù)操作有效期，并根據(jù)像素信號(hào)電壓Vx控制 計(jì)數(shù)操作有效期。計(jì)數(shù)相位調(diào)整單元260基于來自通信/時(shí)序控制單元20的計(jì)數(shù)時(shí)段控制信號(hào)SEL 或在前一行或自身行中的電壓比較單元252的像素信號(hào)電壓Vx和參考信號(hào)SLP_ADC (統(tǒng)稱 為相位調(diào)整控制信號(hào))的比較結(jié)果(可以使用不同于電壓比較單元252的比較器)，邏輯 地反轉(zhuǎn)來自電壓比較單元252的比較脈沖C0MP，并將比較脈沖C0MP傳遞給計(jì)數(shù)器單元254 作為(在相反相位中的)計(jì)數(shù)使能信號(hào)EN?？商鎿Q地，計(jì)數(shù)相位調(diào)整單元260將比較脈沖 C0MP直接傳遞給計(jì)數(shù)器單元254，作為(在相同相位中的)計(jì)數(shù)使能信號(hào)EN。計(jì)數(shù)相位調(diào)整單元260是確定計(jì)數(shù)時(shí)段的計(jì)數(shù)時(shí)段控制單元的例子。例如，EX-0R (異或)被用作計(jì)數(shù)相位調(diào)整單元260。比較脈沖C0MP被輸入到一個(gè) 輸入端，且相位調(diào)整控制信號(hào)被輸入到另一輸入端。在該例中，當(dāng)相位調(diào)整控制信號(hào)處于H 電平時(shí)EX-0R門將比較脈沖C0MP邏輯地反轉(zhuǎn)為計(jì)數(shù)使能信號(hào)EN，且當(dāng)相位調(diào)整控制信號(hào)處 于L電平時(shí)，直接使用比較脈沖C0MP作為計(jì)數(shù)使能信號(hào)EN。在該配置例子中的列AD轉(zhuǎn)換處理中，參考信號(hào)SLP_ADC從DA轉(zhuǎn)換器27a被共同 地供應(yīng)給在各個(gè)列中排列的電壓比較單元252，且對(duì)于由各個(gè)電壓比較單元252處理的像 素信號(hào)電壓Vx，電壓比較單元252使用共同的參考信號(hào)SLP_ADC進(jìn)行比較處理。計(jì)數(shù)器單 元254使用計(jì)數(shù)相位調(diào)整單元260的輸出作為計(jì)數(shù)使能信號(hào)EN，基于當(dāng)計(jì)數(shù)使能信號(hào)EN處 于H電平時(shí)的計(jì)數(shù)時(shí)鐘CK_CNT來進(jìn)行計(jì)數(shù)處理，并在結(jié)束計(jì)數(shù)處理時(shí)保持計(jì)數(shù)結(jié)果。除了計(jì)數(shù)時(shí)段控制信號(hào)SEL以外，從通信/時(shí)序控制單元20向各個(gè)AD轉(zhuǎn)換單元 25b的計(jì)數(shù)相位調(diào)整單元260和計(jì)數(shù)器單元254輸入控制信號(hào)CN5，用于指示其他控制信 息，如關(guān)于計(jì)數(shù)器單元254是否按下計(jì)數(shù)模式或上計(jì)數(shù)模式進(jìn)行兩次計(jì)數(shù)處理、以及對(duì)于 在第一次計(jì)數(shù)處理中的初始值Dini進(jìn)行設(shè)置和復(fù)位處理的信息。由參考信號(hào)生成單元27生成的階梯狀參考信號(hào)SLP_ADC被輸入與電壓比較單元 252的其他輸入端RAMP共同的電壓比較單元252的一個(gè)輸入端RAMP。對(duì)應(yīng)于其他輸入端 的垂直列中的垂直信號(hào)線19被連接于其他輸入端。來自像素陣列單元10的像素信號(hào)電壓 被分別輸入到其他輸入端。電壓比較單元252的輸出信號(hào)(比較脈沖C0MP)被供應(yīng)給計(jì)數(shù) 相位調(diào)整單元260。計(jì)數(shù)時(shí)鐘CK_CNT從共同的通信/時(shí)序控制單元20被輸入給計(jì)數(shù)器單元254的時(shí) 鐘端CK。雖然在圖中未示出計(jì)數(shù)器單元254的結(jié)構(gòu)，但可以通過將包括鎖存器的數(shù)據(jù)存儲(chǔ) 單元的配線形式改變?yōu)橥接?jì)數(shù)器格式來實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)器單元254。計(jì)數(shù)器單元254用一個(gè)計(jì) 數(shù)時(shí)鐘CK_CNT的輸入進(jìn)行內(nèi)部計(jì)數(shù)。當(dāng)計(jì)數(shù)器單元254在用于獲取一個(gè)像素的信號(hào)分量Vsig的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)Dsig的兩次 計(jì)數(shù)處理中切換下計(jì)數(shù)操作和上計(jì)數(shù)操作時(shí)，優(yōu)選地，使用能夠切換下計(jì)數(shù)操作和上計(jì)數(shù) 操作的上下計(jì)數(shù)器。另一方面，當(dāng)計(jì)數(shù)器單元254在兩次計(jì)數(shù)操作中僅必須進(jìn)行下計(jì)數(shù)操作和上計(jì)數(shù) 操作之一時(shí)，僅必須使用對(duì)應(yīng)于操作的上計(jì)數(shù)或下計(jì)數(shù)器。但是，原則上，還有可能，作為一 種使用形式，可切換下計(jì)數(shù)操作和上計(jì)數(shù)操作的上下計(jì)數(shù)器被用于進(jìn)行下計(jì)數(shù)操作和上計(jì) 數(shù)操作之一。但是，通常，上下計(jì)數(shù)器需要用于模式切換的電路配置。與僅對(duì)應(yīng)于上計(jì)數(shù)器 和下計(jì)數(shù)器的單一計(jì)數(shù)模式的配置相比，電路尺寸大。因此，當(dāng)計(jì)數(shù)器單元254僅僅必須進(jìn) 行下計(jì)數(shù)操作和上計(jì)數(shù)操作中的任何一個(gè)時(shí)，可考慮不采用上下計(jì)數(shù)器。作為計(jì)數(shù)器單元254，優(yōu)選地使用異步計(jì)數(shù)器形式，計(jì)數(shù)輸出值從該異步計(jì)數(shù)器被 輸出而不同步于計(jì)數(shù)時(shí)鐘CK_CNT?；旧?，在同步計(jì)數(shù)器的情況下，由計(jì)數(shù)時(shí)鐘CK_CNT來 限制所有觸發(fā)器(計(jì)數(shù)器基本元件)的操作。因此，當(dāng)請(qǐng)求較高頻率操作時(shí)，作為計(jì)數(shù)器 單元254，優(yōu)選地使用適合于高速操作的異步計(jì)數(shù)器，因?yàn)閮H有第一觸發(fā)器(計(jì)數(shù)器基本元 件)來確定其操作限制頻率。通過控制線12c從水平掃描單元12向計(jì)數(shù)器單元254輸入控制脈沖。計(jì)數(shù)器單 元254具有保持計(jì)數(shù)結(jié)果的鎖存功能。計(jì)數(shù)器單元254保持計(jì)數(shù)器輸出值直到通過控制線
1212c接收控制脈沖的指令。在各個(gè)AD轉(zhuǎn)換單元25b的輸出側(cè)上，例如，計(jì)數(shù)器單元254的輸出可以被連接于 水平信號(hào)線18?？商鎿Q地，如圖1所示，還可能采用如下配置在計(jì)數(shù)器單元254的后一級(jí) 處提供作為用于存儲(chǔ)由計(jì)數(shù)器單元254保持的計(jì)數(shù)結(jié)果的存儲(chǔ)器設(shè)備的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)/傳送與 輸出單元256。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)/傳送與輸出單元256的輸出被連接于水平信號(hào)線。如上所述，在該實(shí) 施例中，具有每個(gè)比特的相反L/H的關(guān)系的互補(bǔ)數(shù)據(jù)被傳送給輸出電路28。因此，例如，水 平信號(hào)線是由列電路25使用的對(duì)應(yīng)于比特?cái)?shù)量“n”(n是正整數(shù))的2*n條總線，和用于傳 送互補(bǔ)數(shù)據(jù)的一組(水平信號(hào)線18和18x)。例如，在10( = n)比特的情況下，排列2*10 =20條總線。根據(jù)計(jì)數(shù)操作有效期，參考信號(hào)比較型的AD轉(zhuǎn)換可以被粗略地劃分為前半計(jì)數(shù) 操作和后半計(jì)數(shù)操作。在前半計(jì)數(shù)操作中，在參考信號(hào)SLP_ADC開始變化時(shí)的時(shí)間點(diǎn)處開 始計(jì)數(shù)，且在參考信號(hào)SLP_ADC和處理對(duì)象信號(hào)電壓彼此一致時(shí)的時(shí)間點(diǎn)處結(jié)束計(jì)數(shù)。在 后半計(jì)數(shù)操作中，在參考信號(hào)SLP_ADC和處理對(duì)象信號(hào)電壓彼此一致時(shí)的時(shí)間點(diǎn)處開始計(jì) 數(shù)，且當(dāng)計(jì)數(shù)到達(dá)該計(jì)數(shù)中的期望的計(jì)數(shù)數(shù)量時(shí)的時(shí)間點(diǎn)處(典型地，處理到達(dá)最大AD轉(zhuǎn) 換時(shí)段時(shí)的時(shí)間點(diǎn))結(jié)束計(jì)數(shù)。在本說明書中，在從在參考信號(hào)SLP_ADC開始變化時(shí)的時(shí)間點(diǎn)到參考信號(hào)SLP_ ADC和像素信號(hào)電壓Vx變得相同時(shí)的時(shí)間點(diǎn)的前半時(shí)段中進(jìn)行的計(jì)數(shù)處理也被稱為實(shí)數(shù) (real number)計(jì)數(shù)處理。另一方面，在從參考信號(hào)SLP_ADC和像素信號(hào)電壓Vx彼此一致 時(shí)的時(shí)間點(diǎn)到處理到達(dá)在該處理中的最大AD轉(zhuǎn)換時(shí)段時(shí)的時(shí)間點(diǎn)的后半時(shí)段中進(jìn)行的計(jì) 數(shù)處理也被稱為補(bǔ)數(shù)(complement)計(jì)數(shù)處理。根據(jù)計(jì)數(shù)模式，AD轉(zhuǎn)換可以被粗略地劃分為上計(jì)數(shù)模式的處理和下計(jì)數(shù)模式的處理。在從垂直信號(hào)線19輸出的像素信號(hào)So (像素信號(hào)電壓Vx)中，通常在時(shí)間序列 中，信號(hào)電平Ssig出現(xiàn)在包括像素信號(hào)的噪聲的、作為參考電平的復(fù)位電平Srst之后。對(duì) 于參考電平(復(fù)位電平Srst ；實(shí)踐中，相當(dāng)于復(fù)位電平Srst)的處理被稱為在預(yù)充電相位 (可以被簡稱為P相位)中的處理(或在復(fù)位計(jì)數(shù)器時(shí)段中的處理)。對(duì)于信號(hào)電平Ssig 的處理被稱為在數(shù)據(jù)相位(可以被簡稱為D相位)中的處理(或在數(shù)據(jù)計(jì)數(shù)器時(shí)段中的處 理)。當(dāng)在P相位(phase)處理之后進(jìn)行D相位處理時(shí)，D相位處理是對(duì)于通過將信號(hào)分量 Vsig加上復(fù)位電平Srst而獲得的信號(hào)電平Ssig的處理。當(dāng)采用了第一配置例子時(shí)，在各個(gè)垂直列中提供計(jì)數(shù)器單元254。因此，當(dāng)與對(duì)于 參考信號(hào)比較型的AD轉(zhuǎn)換中的每個(gè)列的AD轉(zhuǎn)換一起執(zhí)行CDS功能時(shí)，可以根據(jù)前半計(jì)數(shù) 操作和后半計(jì)數(shù)操作的組合、計(jì)數(shù)模式(上計(jì)數(shù)和下計(jì)數(shù))，并根據(jù)在P相位處理和D相位 處理中采用前半計(jì)數(shù)操作和后半計(jì)數(shù)操作以及計(jì)數(shù)模式中的哪個(gè)，來采用各種處理方法。另一方面，如圖2B所示，作為用于執(zhí)行參考信號(hào)比較型的AD轉(zhuǎn)換的第二配置例 子，像參考信號(hào)生成單元27 —樣，對(duì)于各個(gè)垂直列共同地使用計(jì)數(shù)器單元254。列電路25 具有電壓比較單元252和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)/傳送與輸出單元256。計(jì)數(shù)器單元254在各種P相位 處理和D相位中，在對(duì)應(yīng)于參考信號(hào)SLP_ADC的斜坡時(shí)段的最大AD轉(zhuǎn)換時(shí)段期間，進(jìn)行上 計(jì)數(shù)操作(或下計(jì)數(shù)操作)。計(jì)數(shù)器單元254的各個(gè)位的計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)(還被稱為計(jì)數(shù)時(shí)鐘)
13CK0、……以及CKn-1被通知給各個(gè)垂直列中的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)/傳送與輸出單元256。當(dāng)反轉(zhuǎn)在 列中的電壓比較單元252的比較輸出C0MP時(shí)，在各個(gè)垂直列中的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)/傳送與輸出單 元256捕獲并保持計(jì)數(shù)器單元254的計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)。該配置例子中的計(jì)數(shù)器單元254具有根據(jù)參考信號(hào)SLP_ADC隨時(shí)間的改變來計(jì)數(shù) 計(jì)數(shù)時(shí)鐘CK_CNT并生成計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)(計(jì)數(shù)值)的計(jì)數(shù)單元的功能。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)/傳送與輸出 單元256具有保持在由計(jì)數(shù)單元生成的計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)中對(duì)應(yīng)于像素信號(hào)電壓Vx的計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)的 數(shù)據(jù)保持單元(計(jì)數(shù)值保持單元)的功能。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)/傳送與輸出單元256在不同存儲(chǔ)單元中，在其內(nèi)部保持在各種P相位 處理和D相位處理中獲取的各個(gè)數(shù)據(jù)Dp和Dd。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)/傳送與輸出單元256在水平掃 描單元12的控制下，通過各個(gè)水平信號(hào)線18向數(shù)字算術(shù)單元29傳送在各個(gè)P相位處理和 D相位處理中獲取的各個(gè)數(shù)據(jù)Dp和Dd。數(shù)字算術(shù)單元29計(jì)算在各個(gè)數(shù)據(jù)Dp和Dd之間的 差值以計(jì)算信號(hào)分量Vsig的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)Dsig。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)/傳送與輸出單元256的輸出被連接于水平信號(hào)線。在該實(shí)施例中，具 有對(duì)于每個(gè)位的相反L/H的關(guān)系的互補(bǔ)數(shù)據(jù)被傳送給數(shù)字算術(shù)單元29。因此，例如，水平信 號(hào)線是由列電路25使用的對(duì)應(yīng)于比特?cái)?shù)量“n” (n是正整數(shù))的2*2*n條總線，和用于傳 送對(duì)于P相位和D相位中的數(shù)據(jù)Dp和Dd中的每個(gè)的互補(bǔ)數(shù)據(jù)的一組(水平信號(hào)線18和 18x)。例如，在10( = n)比特的情況下，排列2*2*10 = 40條總線。在配置和處理方法的所有例子中，原則上，斜坡狀參考信號(hào)SLP_ADC被供應(yīng)給比 較器(電壓比較器)，通過將垂直信號(hào)線19輸入的模擬像素信號(hào)電壓Vx與參考信號(hào)SLP_ ADC相比較，且當(dāng)計(jì)數(shù)操作有效期來到時(shí)，開始時(shí)鐘信號(hào)中的計(jì)數(shù)，從而計(jì)數(shù)在指定計(jì)數(shù)操 作有效期中的時(shí)鐘數(shù)量，以進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換。在所有配置例子和處理方法中，在P相位處理期間，讀出單位像素3的復(fù)位分量 Vrst，且處理在像素信號(hào)電壓Vx中的復(fù)位電平Srst。對(duì)于每個(gè)單位像素3波動(dòng)的噪聲被包 括在復(fù)位分量Vrst作為偏移量。但是，在復(fù)位分量Vrst中的波動(dòng)通常小，且復(fù)位電平Srst 通常對(duì)所有像素是共同的。因此，通常已知在任意垂直信號(hào)線19的像素信號(hào)電壓Vx中的 復(fù)位分量Vrst的輸出值(=復(fù)位電平Srst)。因此，在P相位處理期間，能夠通過調(diào)整參 考信號(hào)SLP_ADC來減少比較時(shí)段。例如，在P相位處理期間的最大計(jì)數(shù)數(shù)量Drm被設(shè)置為 7比特的計(jì)數(shù)數(shù)量(128時(shí)鐘)。另一方面，在D相位處理期間，除了復(fù)位電平Srst以外還讀出對(duì)應(yīng)于每個(gè)像素單 元3的入射光的量的信號(hào)分量Vsig，且處理包括信號(hào)分量Vsig的信號(hào)電平Ssig。因此，在 D相位處理期間，由于讀出了對(duì)應(yīng)于入射光量的信號(hào)分量Vsig，因此為了判斷寬區(qū)域中的 光量的幅度，需要將比較時(shí)段設(shè)置得寬，且較大地改變被供應(yīng)給電壓比較單元252的參考 信號(hào)SLP_ADC。例如，在D相位處理期間的比較處理的最大計(jì)數(shù)數(shù)量Dsm被設(shè)置為10比特 的計(jì)數(shù)數(shù)量(1024個(gè)時(shí)鐘)到12比特的計(jì)數(shù)數(shù)量(4096個(gè)時(shí)鐘)。對(duì)于復(fù)位電平Srst的 比較處理的最長時(shí)段被減少到短于對(duì)于信號(hào)電平Ssig的比較處理的最長時(shí)段。不將最長 時(shí)段都設(shè)置為相同，而通過以此方式將前一最長時(shí)段設(shè)置得短于后一最長時(shí)段，減少了兩 次AD轉(zhuǎn)換的總體AD轉(zhuǎn)換時(shí)段。<固態(tài)成像設(shè)備的操作；第一處理例子中的操作>圖3A是用于說明在參考信號(hào)比較型的AD轉(zhuǎn)換的第一處理例子中的操作的時(shí)序
圖。當(dāng)應(yīng)用第一處理例子時(shí)，采用圖2A所示的第一配置例子作為電路配置。作為參考信號(hào)比較型的AD轉(zhuǎn)換中的計(jì)數(shù)操作有效期，當(dāng)在列電路25中進(jìn)行復(fù)位 電平和信號(hào)電平之間的差分處理時(shí)，例如，通常，在兩次處理時(shí)，能夠應(yīng)用第一處理例子，其 中在開始參考信號(hào)SLP_ADC中的改變時(shí)的時(shí)間段處設(shè)置計(jì)數(shù)的開始，且在參考信號(hào)SLP_ ADC和處理對(duì)象信號(hào)電壓變得彼此一致時(shí)的時(shí)間點(diǎn)處設(shè)置計(jì)數(shù)的結(jié)束。換句話說，在第一處 理例子中，前半計(jì)數(shù)操作被應(yīng)用于兩次處理。在該例中，在用于獲取一個(gè)像素的信號(hào)分量Vsig的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)Dsig的兩次計(jì)數(shù)處 理中，計(jì)數(shù)器單元254切換和進(jìn)行下計(jì)數(shù)操作和上計(jì)數(shù)操作。作為整體的操作，當(dāng)D相位處 理是上計(jì)數(shù)時(shí)，可以將該操作考慮為用于計(jì)數(shù)信號(hào)電平Ssig的實(shí)數(shù)的操作。當(dāng)D相位處理 是下計(jì)數(shù)時(shí)，可以將該操作考慮為用于計(jì)數(shù)信號(hào)電平Ssig的補(bǔ)數(shù)(負(fù)數(shù))的操作。雖然未詳細(xì)說明，但基本上，例如應(yīng)用與在JP-A-2005-311933和 JP-A-2006-33452中公開的方法相同的方法。在被稱為參考信號(hào)比較型的通常AD轉(zhuǎn)換處 理中，首先，關(guān)于某個(gè)處理對(duì)象行Vx，對(duì)于垂直列HI到Hh，計(jì)數(shù)器單元254的各個(gè)觸發(fā)器被 復(fù)位為P相位中的最大AD轉(zhuǎn)換等級(jí)的最小值min，例如，在第一次處理期間、即在作為對(duì)于 復(fù)位電平Srst的AD轉(zhuǎn)換時(shí)期的P相位中的處理時(shí)期中的“0”。計(jì)數(shù)器單元254被設(shè)置在 下計(jì)數(shù)模式。并行地進(jìn)行由電壓比較單元252對(duì)參考信號(hào)SLP_ADC與像素信號(hào)電壓Vx的 P相位電平的比較處理和由計(jì)數(shù)器單元254進(jìn)行的計(jì)數(shù)處理，以進(jìn)行對(duì)P相位電平的AD轉(zhuǎn) 換。假設(shè)，開始時(shí)，參考信號(hào)SLP_ADC高于像素信號(hào)電壓Vx的P相位電平，且電壓比較單 元252的比較輸出C0MP處于H電平。在開始比較處理之后，電壓比較單元252的比較輸出 C0MP在作為P相位電平的復(fù)位電平Srst和參考信號(hào)SLP_ADC彼此一致時(shí)的時(shí)間點(diǎn)處從H 電平改變到L電平。此時(shí)，計(jì)數(shù)器單元254保持指示數(shù)字值Drst的計(jì)數(shù)值，該數(shù)字值Drst 對(duì)應(yīng)于復(fù)位電平Srst的幅度(當(dāng)考慮指示-Drst的符號(hào)時(shí))。在第二次的隨后的處理、即作為用于信號(hào)電平Ssig的AD轉(zhuǎn)換時(shí)期的D相位中的 處理時(shí)期期間，除了復(fù)位電平Srst以外，還讀出與每個(gè)單位像素3的入射光量相對(duì)應(yīng)的信 號(hào)分量Vsig，且進(jìn)行在P相位中的讀出相同的處理。首先，計(jì)數(shù)器單元254被設(shè)置在與在P 相位處理期間的下計(jì)數(shù)模式相反的上計(jì)數(shù)模式。并行地進(jìn)行由電壓比較單元252在參考信 號(hào)SLP_ADC與像素信號(hào)電壓Vx的D相位電平之間的比較處理，以進(jìn)行D相位電平的AD轉(zhuǎn) 換。假設(shè)，在開始時(shí)，參考信號(hào)SLP_ADC高于像素信號(hào)電壓Vx的D相位電平，且電壓比較單 元252的比較輸出C0MP處于H電平。在開始比較處理之后，電壓比較單元252的比較輸出 C0MP在當(dāng)作為D相位電平的信號(hào)電平Ssig和參考信號(hào)SLP_ADC彼此一致時(shí)的時(shí)間點(diǎn)處從 H電平改變到L電平。在此時(shí)，計(jì)數(shù)器單元254保持對(duì)應(yīng)于信號(hào)電平Ssig的幅度的計(jì)數(shù)值。在這種情況下，與在P相位相反地，從在P相位的讀出和AD轉(zhuǎn)換期間獲取的像素 信號(hào)電壓Vx的復(fù)位電平Srst的數(shù)字值Drst (負(fù)值)上計(jì)數(shù)了計(jì)數(shù)值。信號(hào)電平Ssig是通 過將信號(hào)分量Vsig添加到復(fù)位電平Srst來獲得的電平。因此，信號(hào)電平Ssig的AD轉(zhuǎn)換結(jié) 果的計(jì)數(shù)值基本上是“Drst+Dsig”。但是，由于上計(jì)數(shù)的開始點(diǎn)是作為復(fù)位電平Srst的AD 轉(zhuǎn)換結(jié)果的“-Drst”，因此，在計(jì)數(shù)單元254中實(shí)際保持的計(jì)數(shù)值是“-Drst+Qsig+Drst)) =Dsig”。換句話說，在計(jì)數(shù)器單元254中的計(jì)數(shù)處理是在不同計(jì)數(shù)模式中的計(jì)數(shù)操作；在P 相位處理期間的下計(jì)數(shù)和在D相位處理期間的上計(jì)數(shù)。因此，在計(jì)數(shù)器單元254中，自動(dòng)地進(jìn)行在作為復(fù)位電平Srst的AD轉(zhuǎn)換結(jié)果的計(jì)數(shù)數(shù)“-Drst”和作為信號(hào)電平Ssig的AD轉(zhuǎn) 換結(jié)果的計(jì)數(shù)數(shù)“Drst+Dsig”之間的差分處理(減法處理)。在計(jì)數(shù)器254中保持對(duì)應(yīng)于 差分處理的結(jié)果的計(jì)數(shù)數(shù)Dsig。在計(jì)數(shù)值單元254中保持的對(duì)應(yīng)于差分處理的結(jié)果的計(jì)數(shù) 數(shù)Dsig表示對(duì)應(yīng)于信號(hào)分量Vsig的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。如上所述，可以由計(jì)數(shù)器單元254中的差分處理通過兩次讀出和計(jì)數(shù)處理、即P相 位處理期間的下計(jì)數(shù)和D相位處理期間的上計(jì)數(shù)來消除包括在單位像素3的每個(gè)中的波動(dòng) 的復(fù)位電平Srst?？梢酝ㄟ^簡單的配置來獲取對(duì)應(yīng)于每個(gè)單位像素3的入射光量的信號(hào)分 量Vsig的AD轉(zhuǎn)換結(jié)果。因此，列電路25操作不僅作為將模擬像素信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字像素?cái)?shù) 據(jù)的數(shù)字轉(zhuǎn)換單元，還作為CDS處理功能單元。在第一處理例子中的AD轉(zhuǎn)換處理具有如下特性在一個(gè)像素的第一次的計(jì)數(shù)處 理和第二次的計(jì)數(shù)處理中，在下計(jì)數(shù)P相位處理中和在上計(jì)數(shù)D相位處理中進(jìn)行各個(gè)計(jì)數(shù) 操作，以實(shí)際上進(jìn)行在P相位的補(bǔ)數(shù)的計(jì)數(shù)處理和在D相位的實(shí)數(shù)的計(jì)數(shù)處理。實(shí)際上，補(bǔ) 數(shù)的計(jì)數(shù)處理是在負(fù)側(cè)上的計(jì)數(shù)處理，且可以被視為減法元素。實(shí)數(shù)的計(jì)數(shù)處理是在正側(cè) 上的計(jì)數(shù)處理，且可以被視為加法元素。在應(yīng)用第一處理例子時(shí)，在用于獲取一個(gè)像素的信號(hào)分量Vsig的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)Dsig 的兩次計(jì)數(shù)處理中切換和進(jìn)行下計(jì)數(shù)操作和上計(jì)數(shù)操作。因此，可考慮在計(jì)數(shù)器單元254 中使用能夠切換下計(jì)數(shù)操作和上計(jì)數(shù)操作的上下計(jì)數(shù)器。當(dāng)在計(jì)數(shù)器單元254的后一級(jí)處提供數(shù)據(jù)存儲(chǔ)/傳送與輸出單元256時(shí)，在開始 計(jì)數(shù)器單元254的操作和水平傳送之前，子時(shí)鐘DLAT從通信/時(shí)序控制單元20被供應(yīng)給 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)/傳送與輸出單元256作為存儲(chǔ)器傳送指令脈沖CN8。通過子時(shí)鐘DLAT作為觸 發(fā)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)/傳送與輸出單元256將在計(jì)數(shù)器單元254中保持的前一行Vx-1中的數(shù)字?jǐn)?shù) 據(jù)Dsig捕獲到計(jì)數(shù)器254中的鎖存器電路，并保持?jǐn)?shù)字?jǐn)?shù)據(jù)Dsig。在AD轉(zhuǎn)換時(shí)期結(jié)束后，列電路25將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)Dsig保存在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)/傳送與輸出 單元256中的計(jì)數(shù)器單元254，并開始對(duì)新的行Vx的AD轉(zhuǎn)換。由在列處理單元26的各個(gè) 垂直列中的列電路25中的AD轉(zhuǎn)換處理的背景下的水平掃描單元12來依次選擇在數(shù)據(jù)存 儲(chǔ)/傳送與輸出單元256中的前一行中的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)Dsig，并通過各個(gè)水平信號(hào)線18和18x 將其傳送給輸出電路28作為互補(bǔ)數(shù)據(jù)Qsig和xQsig，用于互補(bǔ)信息傳送。輸出電路28基 于互補(bǔ)數(shù)據(jù)Qsig和xQsig來再現(xiàn)原始數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)Dsig。并行于AD轉(zhuǎn)換處理，與AD轉(zhuǎn)換處理 并行地進(jìn)行對(duì)于互補(bǔ)數(shù)據(jù)Qsig和xQsig的水平傳送操作。當(dāng)水平掃描單元12以高速順序 地選擇各個(gè)垂直列時(shí)，通過在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)/傳送與輸出單元256的輸出級(jí)處的驅(qū)動(dòng)晶體管來 將各個(gè)列中的互補(bǔ)數(shù)據(jù)Qsig和xQsig以高速傳送到輸出電路28。然后，對(duì)于各個(gè)行依次重 復(fù)相同的操作，從而創(chuàng)建二維圖像。<固態(tài)成像設(shè)備的操作；第二處理例子中的操作>當(dāng)由列電路25進(jìn)行在復(fù)位電平和信號(hào)電平之間的差分處理時(shí)，在兩次處理中，還 可以采取第二處理例子，其中在參考信號(hào)SLP_ADC和處理對(duì)象信號(hào)電壓彼此一致時(shí)的時(shí)間 點(diǎn)處開始計(jì)數(shù)，且在計(jì)數(shù)到達(dá)在該計(jì)數(shù)中的期望的計(jì)數(shù)數(shù)(典型地，處理到達(dá)最大AD轉(zhuǎn)換 時(shí)期的時(shí)間點(diǎn))時(shí)的時(shí)間點(diǎn)處結(jié)束計(jì)數(shù)。換句話說，在第二處理例子中，后半計(jì)數(shù)操作被應(yīng) 用于兩次處理。在該情況下，如在上述情況下一樣，在獲取一個(gè)像素的信號(hào)分量Vsig的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)
16Dsig的兩次計(jì)數(shù)處理中，計(jì)數(shù)器單元254切換和進(jìn)行對(duì)于每個(gè)垂直列的下計(jì)數(shù)操作和上計(jì) 數(shù)操作。因此，當(dāng)應(yīng)用了第二處理例子時(shí)，圖2A所示的第一配置例子被采用作為電路配置。在第二處理例子中的基本操作與在第一處理例子不是那么的不同。但是，在第二 處理例子中的操作與在第一處理例子的不同之處在于，考慮了對(duì)應(yīng)于在最大AD轉(zhuǎn)換時(shí)期 的后半段中進(jìn)行的計(jì)數(shù)處理的數(shù)據(jù)的校正。第二處理例子中的整個(gè)操作可以被看作用于對(duì) 補(bǔ)數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)的操作。在這種情況下，由于對(duì)補(bǔ)數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，因此需要用于獲得作為實(shí)數(shù)的 最終數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)校正的機(jī)制。用于數(shù)據(jù)校正的機(jī)制可以通過第一次計(jì)數(shù)處理中的初始值來 實(shí)現(xiàn)，或可以通過在后一級(jí)處的數(shù)字算術(shù)單元29中的數(shù)字算術(shù)運(yùn)算來實(shí)現(xiàn)。下面描述了為什么需要考慮數(shù)據(jù)校正的理由。在P相位處理期間的最大計(jì)數(shù)數(shù)被 表示為Drm，且在D相位處理期間對(duì)應(yīng)于最大信號(hào)分量Vsig的最大計(jì)數(shù)數(shù)被表示為Dsm。在 這種情況下，在D相位處理期間的最大計(jì)數(shù)數(shù)被表示為“Drm+Dsm”。在各個(gè)相位中的最大AD 轉(zhuǎn)換時(shí)期中，當(dāng)在像素信號(hào)電壓Vx和參考信號(hào)SLP_ADC彼此一致且反轉(zhuǎn)了比較輸出C0MP 之后在后半段中進(jìn)行計(jì)數(shù)處理時(shí)，當(dāng)復(fù)位電平Srst被表示為Drst時(shí)，在P相位中的計(jì)數(shù)值 Dp被表示為“Drm-Drst”。當(dāng)信號(hào)電平Ssig的計(jì)數(shù)值被表示為Dsig時(shí)，在D相位中的計(jì)數(shù) 值 Dd 被表示為 “(Drm+Dsm) - (Drst+Dsig) ”。當(dāng)在P相位處理期間在上計(jì)數(shù)模式中和在D相位處理期間在下計(jì)數(shù)模式中進(jìn)行計(jì) 數(shù)且從在P相位處理中獲得的計(jì)數(shù)值開始D相位處理時(shí)，在D相位處理之后的數(shù)據(jù)被表示 為(Drm-Dr st)-{(Drm+Dsm)-(Drst+Dsig)} = Dsig-Dsm。為 了偏移 “_Dsm” 并獲得信號(hào)分 量Vsig的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)Dsig，例如，在僅第一次的P相位處理期間的初始值Dini必須被設(shè)置到 Dsm,或Dsm僅必須被數(shù)字算術(shù)單元29添加到“Dsig-Dsm”。在計(jì)數(shù)模式的這種組合中，關(guān)于信號(hào)電平Ssig，在下計(jì)數(shù)中進(jìn)行在后半AD轉(zhuǎn)換處 理時(shí)期中的補(bǔ)數(shù)計(jì)數(shù)。因此，能夠通過由補(bǔ)數(shù)計(jì)數(shù)將計(jì)數(shù)處理的特性組合到負(fù)側(cè)且由下計(jì) 數(shù)處理將計(jì)數(shù)處理的特性組合到負(fù)側(cè)，來獲得Dsig作為到正側(cè)的值。上述“Dsig-Dsm”表 示該值。在這種情況下，存在優(yōu)勢可在第二次處理之后，根據(jù)第一次中的初始值的設(shè)置來 立即獲取數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)Dsig。另一方面，當(dāng)在P相位處理期間按下計(jì)數(shù)模式進(jìn)行計(jì)數(shù)和在D相位處理期間按上 計(jì)數(shù)模式進(jìn)行計(jì)數(shù)且從在P相位處理中獲得的計(jì)數(shù)值開始D相位處理時(shí)，D相位處理之后的 數(shù)據(jù)被表示為{(Drm+Dsm)-(Drst+Dsig)}-(Drm-Drst) = Dsm-Dsig。為了偏移 Dsm 并獲得 信號(hào)分量Vsig的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)Dsig的負(fù)數(shù)，例如，在第一次的P相位處理期間的初始值Dini僅 必須被設(shè)置為“-Dsm”，或Dsm僅必須被數(shù)字算術(shù)單元29從“Dsm-Dsig”中減去。為了將數(shù) 字?jǐn)?shù)據(jù)Dsig的負(fù)數(shù)“-Dsig”復(fù)位到正數(shù)，例如，被反轉(zhuǎn)的比特?cái)?shù)據(jù)僅必須從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)/傳送 與輸出單元256中輸出，或比特?cái)?shù)據(jù)僅必須被數(shù)字算術(shù)單元29反轉(zhuǎn)。但是，準(zhǔn)確地，當(dāng)僅進(jìn) 行比特?cái)?shù)據(jù)的反轉(zhuǎn)時(shí)，存在差值“ 1”。因此，為了獲得更精確的數(shù)據(jù)，可考慮在數(shù)字算術(shù)單元 29中添加“1”。替換地，還可以通過在數(shù)字算術(shù)單元29中進(jìn)行算術(shù)操作{Dsm-(Dsm-Dsig)} 來獲取數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)Dsig。在計(jì)數(shù)模式的這種組合中，關(guān)于信號(hào)電平Ssig，在上計(jì)數(shù)中進(jìn)行在后半AD轉(zhuǎn)換時(shí) 期中的補(bǔ)數(shù)計(jì)數(shù)。因此，可以通過由補(bǔ)數(shù)計(jì)數(shù)將計(jì)數(shù)處理的特性組合到負(fù)側(cè)且由下計(jì)數(shù)處 理將計(jì)數(shù)處理的特性組合到負(fù)側(cè)，來獲得Dsig作為到負(fù)側(cè)的值。上述“Dsm-Dsig”表示該值。
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圖3B是用于說明在參考信號(hào)比較型的AD轉(zhuǎn)換的第二處理例子中的操作。在圖 3B中示出與第一處理例子的組合。具體地，當(dāng)在前一行中的像素信號(hào)電壓Vx中的信號(hào)電 壓Ssig處于相對(duì)于預(yù)定閾值的低亮度范圍內(nèi)時(shí)，應(yīng)用第一處理例子。當(dāng)信號(hào)電平Ssig處 于相對(duì)于預(yù)定閾值的高亮度范圍內(nèi)時(shí)，應(yīng)用第二處理例子。在圖中所示的例子中，在像素信號(hào)電壓Vx_0和像素信號(hào)電壓Vx_l的兩者中，其中 像素信號(hào)電壓Vx_0的前一行中的信號(hào)電平Ssig處于低亮度范圍，(該行不總是處于低亮 度范圍內(nèi))，且像素信號(hào)電壓Vx_l的前一行中的信號(hào)電平Ssig處于高亮度范圍內(nèi)(該行不 總是處于高亮度范圍內(nèi))，復(fù)位數(shù)據(jù)Drst是50，信號(hào)數(shù)據(jù)Dsig是1950，在P相位處理時(shí)期 中的最大計(jì)數(shù)數(shù)Drm是128，且在D相位處理時(shí)期中的最大計(jì)數(shù)數(shù)Dsm是4096。在第一處 理例子和第二處理例子兩者中，在P相位處理期間在下計(jì)數(shù)模式中進(jìn)行計(jì)數(shù)，且在D相位處 理期間在上計(jì)數(shù)模式中進(jìn)行計(jì)數(shù)。在P相位處理期間，從初始值=0開始計(jì)數(shù)處理。在該 圖中，像素信號(hào)電壓Vx_0和像素信號(hào)電壓Vx_l不同且比較器的反轉(zhuǎn)時(shí)序平移。但是，實(shí)際 上，由于像素信號(hào)電壓Vx_0和像素信號(hào)電壓Vx_l如上所述相同，比較器的反轉(zhuǎn)時(shí)序相同。在P相位處理和D相位處理兩者中，第一處理例子被應(yīng)用到像素信號(hào)電壓Vx_0。 因此，首先，在被準(zhǔn)備作為P相位處理時(shí)期的Drm = 128的計(jì)數(shù)時(shí)期中，由電壓比較電壓252 進(jìn)行在參考信號(hào)SLP_ADC和像素信號(hào)電壓Vx_0之間的比較。在像素信號(hào)電壓Vx_0的復(fù)位 電平Srst_0和參考信號(hào)SLP_ADC彼此一致時(shí)的第五十計(jì)數(shù)處，反轉(zhuǎn)電壓比較單元252的比 較輸出C0MP( = C0MP0UT0)。另外，還反轉(zhuǎn)計(jì)數(shù)使能信號(hào)EN( = PC0MP0UT0) (C0MP0UT0和 PC0MP0UT0是同相的)。停止下計(jì)數(shù)操作，并在計(jì)數(shù)器單元254中保持計(jì)數(shù)值“_50”。在被準(zhǔn)備作為D相位處理時(shí)期的Drm+Dsm = 128+4096的計(jì)數(shù)時(shí)期中，由電壓比較 單元252進(jìn)行參考信號(hào)SLP_ADC和像素信號(hào)電壓Vx_0的比較。在當(dāng)像素信號(hào)電壓Vx_0的信 號(hào)電平Ssig_0和參考信號(hào)SLP_ADC彼此一致時(shí)的第“50+1950”= 2000計(jì)數(shù)處，反轉(zhuǎn)電壓比 較單元252的比較輸出C0MP( = C0MP0UT0)。另外，還反轉(zhuǎn)計(jì)數(shù)使能信號(hào)EN ( = PC0MP0UT0) 并停止上計(jì)數(shù)操作。此時(shí)，由于從在P相位處理中獲得的計(jì)數(shù)值“_50”進(jìn)行上計(jì)數(shù)，因此在 計(jì)數(shù)器單元254中保持“-50+2000” = 1950。1950與信號(hào)數(shù)據(jù)Dsig —致。另一方面，在P相位處理和D相位處理兩者中，第二處理例子被應(yīng)用于像素信號(hào)電 壓Vx_l。因此，首先，在被準(zhǔn)備作為P相位處理時(shí)期的Drm= 128的計(jì)數(shù)時(shí)期中，由電壓比 較單元252進(jìn)行參考信號(hào)SLP_ADC和像素信號(hào)電壓Vx_0的比較。在像素信號(hào)電壓Vx_l的 復(fù)位電平Srst_l彼此一致時(shí)的第五十計(jì)數(shù)處，反轉(zhuǎn)比較輸出C0MP( = C0MP0UT1)。另外，還 反轉(zhuǎn)計(jì)數(shù)使能信號(hào)EN( = PC0MP0UT1) (C0MP0UT0和PC0MP0UT0是反相的)。計(jì)數(shù)器單元254 從該點(diǎn)開始下計(jì)數(shù)，并在Drm = 128次計(jì)數(shù)處停止計(jì)數(shù)操作。因此，由于計(jì)數(shù)器單元254下 計(jì)數(shù)“128-50 = 78”，因此在結(jié)束P相位處理之后在計(jì)數(shù)器單元254中保持“_78”。在被準(zhǔn)備作為D相位處理時(shí)期的Drm+Dsm = 128+4096計(jì)數(shù)時(shí)期中，由電壓比較單 元252進(jìn)行參考信號(hào)SLP_ADC和像素信號(hào)電壓Vx_l的比較。在像素信號(hào)電壓Vx_l的信號(hào) 電平Ssig_l和參考信號(hào)SLP_ADC彼此一致時(shí)的第2000計(jì)數(shù)處，反轉(zhuǎn)電壓比較單元252的 比較輸出C0MP( = C0MP0UT1)。但是，還反轉(zhuǎn)計(jì)數(shù)使能信號(hào)EN( = PC0MP0UT1) (C0MP0UT0和 PC0MP0UT0是反相的)。計(jì)數(shù)器單元254從該點(diǎn)開始上計(jì)數(shù)，并在Drm+Dsm = 128+4096次 計(jì)數(shù)處停止計(jì)數(shù)操作。因此，計(jì)數(shù)器單元254向上計(jì)數(shù)“128+4096-2000 = 2224”個(gè)時(shí)鐘。在此點(diǎn)處，由于從在P相位處理中獲得的計(jì)數(shù)值“_78”開始上計(jì)數(shù)，因此在計(jì)數(shù)器單元254中保持 “-78+2224” = 2146。將計(jì)數(shù)值2146的數(shù)據(jù)Dout傳送到數(shù)字算術(shù)單元29。數(shù)字算術(shù)單元 29從對(duì)應(yīng)于信號(hào)數(shù)據(jù)Dsig的最大值的最大計(jì)數(shù)數(shù)Dsm減去數(shù)據(jù)Dout，以獲得“4096-2146” =1950作為最終信號(hào)數(shù)據(jù)Dsig。對(duì)于像素信號(hào)電壓Vx_0和像素信號(hào)電壓Vx_l兩者，在D相位處理期間，計(jì)數(shù)相 位調(diào)整單元260通過時(shí)鐘信號(hào)CLK鎖存電壓比較單元252的比較輸出C0MP，其升高到接近 例如參考信號(hào)SLP_ADC的斜坡期中的中間電壓，對(duì)應(yīng)于劃分低亮度范圍和高亮度范圍的閾 值。計(jì)數(shù)相位調(diào)整單元260進(jìn)行計(jì)數(shù)調(diào)整，用于判斷在下一行的處理期間是正常輸出比較 輸出C0MP以作為計(jì)數(shù)使能信號(hào)EN還是反轉(zhuǎn)輸出以作為計(jì)數(shù)使能信號(hào)EN。如果將在用于劃 分低亮度范圍和高亮度范圍的CLK信號(hào)上升時(shí)的時(shí)刻(timing)設(shè)置在參考信號(hào)SLP_ADC 的中間電壓，則計(jì)數(shù)器單元254的激活期不會(huì)變得長于參考信號(hào)SLP_ADC的斜坡期的一半。當(dāng)在行中的D相位處理期間像素信號(hào)電壓Vx的信號(hào)電平Ssig屬于低亮度范圍 時(shí)，電壓比較單元252的比較輸出C0MP被反轉(zhuǎn)并且在時(shí)鐘信號(hào)CLK的上升點(diǎn)處于L電平。 因此，計(jì)數(shù)相位調(diào)整單元260鎖存L電平作為比較輸出C0MP的相位信息。相反，當(dāng)在行中 的D相位處理期間像素信號(hào)電壓Vx的信號(hào)電平Ssig屬于高亮度范圍時(shí)，電壓比較單元252 的比較輸出C0MP未被反轉(zhuǎn)并且在時(shí)鐘信號(hào)CLK的上升點(diǎn)處于H電平。因此，計(jì)數(shù)相位調(diào)整 單元260鎖存H電平作為比較輸出C0MP的相位信息。將比較脈沖C0MP輸入到EX-0R門的一個(gè)輸入端，并且將行中的鎖存信息輸入到 另一端，作為相位調(diào)整控制信號(hào)。當(dāng)信號(hào)電平Ssig屬于低亮度范圍時(shí)，相位調(diào)整控制信號(hào) 處于L電平，并且當(dāng)信號(hào)電平Ssig屬于高亮度范圍時(shí)，相位調(diào)整控制信號(hào)處于H電平。以 這種方式，當(dāng)信號(hào)電平屬于行中的低亮度范圍時(shí)，在下一行的處理期間，輸出比較脈沖C0MP 作為未被邏輯反轉(zhuǎn)的計(jì)數(shù)使能信號(hào)EN。因此，將前半計(jì)數(shù)操作(第一處理例子)應(yīng)用于處 理。當(dāng)信號(hào)電平Ssig屬于行中的高亮度范圍時(shí)，在下一行的處理期間，將比較脈沖C0MP邏 輯反轉(zhuǎn)并輸出作為計(jì)數(shù)使能信號(hào)EN。因此，將后半計(jì)數(shù)操作(第二處理例子)應(yīng)用于處理。在此例子中，當(dāng)通過數(shù)字算術(shù)單元29進(jìn)行補(bǔ)數(shù)計(jì)數(shù)操作中所涉及的數(shù)據(jù)校正時(shí)， 通過水平信號(hào)線18和18x，將由計(jì)數(shù)相位調(diào)整單元260鎖存的比較輸出C0MP的相位信息通 知給數(shù)字算術(shù)單元29?；谠撔畔?，數(shù)字算術(shù)單元29將補(bǔ)數(shù)計(jì)數(shù)操作中所涉及的數(shù)據(jù)校正 應(yīng)用于經(jīng)過補(bǔ)數(shù)計(jì)數(shù)的像素?cái)?shù)據(jù)。<固態(tài)成像設(shè)備的操作；第三處理例子中的操作>盡管圖中沒有示出，但是在第三處理例子中，當(dāng)采用稱為參考信號(hào)比較型等的AD 轉(zhuǎn)換系統(tǒng)時(shí)，采用可以與AD轉(zhuǎn)換同時(shí)進(jìn)行差分處理功能同時(shí)防止計(jì)數(shù)器單元254的面積增 加的問題的機(jī)制。根據(jù)電路配置，采用在第一次AD轉(zhuǎn)換處理和第二次AD轉(zhuǎn)換處理期間以相同計(jì)數(shù) 模式進(jìn)行計(jì)數(shù)并將第一次和第二次中的計(jì)數(shù)相位設(shè)置得不同的機(jī)制，而不是切換計(jì)數(shù)模式 的機(jī)制。如在第一處理例子和第二處理例子中那樣，在第二次結(jié)束處理期間，從第一次計(jì)數(shù) 處理的結(jié)果開始計(jì)數(shù)處理。在第三處理例子中，由于不需要切換技術(shù)模式，作為電路配置，能夠采用圖2A所 示的第一配置例子或者采用圖2B所示的第二配置例子?！皩⒂?jì)數(shù)相位設(shè)置得不同”意味著在第一次AD轉(zhuǎn)換處理(例如P相位中的處理)和第二次AD轉(zhuǎn)換處理(例如D相位中的處理)中將計(jì)數(shù)處理時(shí)段設(shè)置得不同。更具體地， 在從參考信號(hào)SLP_ADC開始變化的時(shí)間點(diǎn)直到參考信號(hào)SLP_ADC與像素信號(hào)電壓Vx變得 相同的時(shí)段中進(jìn)行的計(jì)數(shù)處理和從參考信號(hào)SLP_ADC與像素信號(hào)電壓Vx變得相同的時(shí)間 點(diǎn)到處理達(dá)到該處理中的最大AD轉(zhuǎn)換時(shí)期的時(shí)間點(diǎn)(一般是參考信號(hào)SLP_ADC停止變化 的時(shí)間點(diǎn))的時(shí)段中進(jìn)行的AD轉(zhuǎn)換處理存在差別。這個(gè)差別意味著計(jì)數(shù)相位間的差別。換句話說，在兩次計(jì)數(shù)處理中，使用比較輸出C0MP被反轉(zhuǎn)的時(shí)間點(diǎn)作為分界，組 合作為前半計(jì)數(shù)操作的實(shí)數(shù)計(jì)數(shù)處理和作為后半計(jì)數(shù)操作的補(bǔ)數(shù)計(jì)數(shù)處理。一般而言，從參考信號(hào)SLP_ADC中的變化開始的時(shí)間點(diǎn)直到參考信號(hào)SLP_ADC與 像素信號(hào)電壓Vx變得相同的時(shí)段和從參考信號(hào)SLP_ADC與像素信號(hào)電壓Vx變得相同的時(shí) 間點(diǎn)到處理達(dá)到該處理中的最大AD轉(zhuǎn)換時(shí)期的時(shí)間點(diǎn)的時(shí)段對(duì)應(yīng)于從電壓比較單元252 輸出的比較脈沖C0MP的輸出電平。因此，僅需要切換在比較脈沖C0MP處于L電平的時(shí)段 中開始的計(jì)數(shù)處理和在比較脈沖C0MP處于H電平的時(shí)段中開始的計(jì)數(shù)處理。另外，在第三處理例子中，為了使得能夠獲取差分處理結(jié)果作為兩次計(jì)數(shù)處理的 結(jié)果，作為第一方法，當(dāng)開始第一次計(jì)數(shù)處理時(shí)，用對(duì)應(yīng)于計(jì)數(shù)模式并被初始設(shè)置為初始值 Dini的符號(hào)(加號(hào)或減號(hào))附加到與在參考信號(hào)SLP_ADC與像素信號(hào)電壓Vx變得相同的 時(shí)間點(diǎn)后進(jìn)行的計(jì)數(shù)處理中的最大AD轉(zhuǎn)換時(shí)期相等的計(jì)數(shù)值。從初始值Dini開始計(jì)數(shù)處 理?？商鎿Q地，作為第二方法，盡管如在第一處理中從“0”開始計(jì)數(shù)處理，但是在第二次計(jì) 數(shù)處理完成后，由在計(jì)數(shù)器單元254的后一級(jí)處的數(shù)字算術(shù)單元29校正初始值Dini。當(dāng)在 計(jì)數(shù)器單元254的后一級(jí)處不需要校正初始值Dini并且僅需要獲得對(duì)于一個(gè)像素的AD轉(zhuǎn) 換處理結(jié)果時(shí)，第一方法是合適的方法。另一方面，當(dāng)獲得多個(gè)像素的信號(hào)分量Vsig的乘 法累計(jì)的AD轉(zhuǎn)換處理結(jié)果時(shí)，第二方法是合適的方法。換句話說，在第三處理例子中，當(dāng)將另一方分配給用于信號(hào)電平Ssig的計(jì)數(shù)處理 時(shí)，可以認(rèn)為用于信號(hào)電平Ssig的計(jì)數(shù)處理是用于計(jì)數(shù)補(bǔ)數(shù)的操作。在此情況下，由于計(jì) 數(shù)了補(bǔ)數(shù)，因此需要用于獲取作為真實(shí)數(shù)量的最終數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)校正的機(jī)制?？梢酝ㄟ^第一 次計(jì)數(shù)操作中的初始值來實(shí)現(xiàn)用于數(shù)據(jù)校正的機(jī)制，或者可以通過作為后一級(jí)電路的數(shù)字 算術(shù)單元29中的數(shù)字算法操作來實(shí)現(xiàn)。<固態(tài)成像設(shè)備的操作；第四處理例子中的操作>圖3C是用于說明參考信號(hào)比較型AD轉(zhuǎn)換的第四處理例子中的操作的時(shí)序圖。第四處理例子對(duì)應(yīng)于在列電路25的后一級(jí)(例如數(shù)字算術(shù)單元29)處進(jìn)行的復(fù) 位電平和信號(hào)電平之間的差分處理。在此情況下，盡管只進(jìn)行了下計(jì)數(shù)操作和上計(jì)數(shù)操作之一，但是在兩次處理期間， 計(jì)數(shù)開始于參考信號(hào)SLP_ADC中的變化開始的時(shí)間點(diǎn)，并且計(jì)數(shù)結(jié)束于參考信號(hào)SLP_ADC 與處理對(duì)象信號(hào)電壓彼此一致的時(shí)間點(diǎn)?？商鎿Q地，計(jì)數(shù)開始于參考信號(hào)SLP_ADC與處理 對(duì)象信號(hào)電壓彼此一致的時(shí)間點(diǎn)，并且計(jì)數(shù)結(jié)束于處理達(dá)到該處理中的期望計(jì)數(shù)數(shù)的時(shí)間 點(diǎn)(典型地是處理達(dá)到最大AD轉(zhuǎn)換時(shí)期的時(shí)間點(diǎn))。在第四處理例子中，由于不需要切換計(jì)數(shù)模式，作為電路配置，可以采用圖2A所 示的第一配置例子，或者可以采用圖2B所示的第二配置例子。例如，當(dāng)采用第一配置例子 時(shí)，僅需要采用計(jì)數(shù)器單元254和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)/傳送及輸出單元256兩者以將在P相位的處 理和D相位的處理中所獲取的各個(gè)數(shù)據(jù)Dp和Dd存儲(chǔ)在其內(nèi)部的不同存儲(chǔ)單元中。
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在圖3C中，采用圖2B所示的第二配置例子。在從任意行Vx中的像素單元3讀出 垂直信號(hào)線19_1到相位電平(復(fù)位電平Srst)穩(wěn)定了之后，參考信號(hào)生成單元 27開始隨著被供應(yīng)至各個(gè)列中的電壓比較單元252的參考信號(hào)SLP_ADC的時(shí)間的變化，并 且計(jì)數(shù)器單元254開始上計(jì)數(shù)并比較計(jì)數(shù)與用于每列的復(fù)位電平Srst。當(dāng)復(fù)位電平Srst 與參考信號(hào)SLP_ADC彼此一致時(shí)反轉(zhuǎn)比較輸出C0MP。因此，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)/傳送及輸出單元256 捕獲在反轉(zhuǎn)時(shí)刻的計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)，并將該計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在用于P相位數(shù)據(jù)Dp的存儲(chǔ)單元(存儲(chǔ) 器設(shè)備1)中。此外，在穩(wěn)定了 D相位電平(信號(hào)電平Ssig)的讀出后，參考信號(hào)生成單元27開 始隨著被供應(yīng)至各個(gè)列中的電壓比較單元252的參考信號(hào)SLP_ADC的時(shí)間的變化，并且計(jì) 數(shù)器單元254開始上計(jì)數(shù)并比較計(jì)數(shù)與用于每列的信號(hào)電平Ssig。當(dāng)信號(hào)電平Ssig與參 考信號(hào)SLP_ADC彼此一致時(shí)反轉(zhuǎn)比較輸出C0MP。因此，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)/傳送及輸出單元256捕 獲在反轉(zhuǎn)時(shí)刻的計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)，并將該計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在用于D相位數(shù)據(jù)Dd的存儲(chǔ)單元(存儲(chǔ)器 設(shè)備2)中。在AD轉(zhuǎn)換期結(jié)束后，在水平掃描單元12的控制下，將由數(shù)據(jù)存儲(chǔ)/傳送及輸出單 元256存儲(chǔ)的P相位和D相位中的n位數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)Dp和Dd分別通過2*2*n水平信號(hào)線18 和18x順序傳送到數(shù)字算術(shù)單元29，作為互補(bǔ)數(shù)據(jù)Qp、xQp、Qd和xQd。換句話說，列電路 25將各次中的處理的計(jì)數(shù)結(jié)果輸出到數(shù)字算術(shù)單元29作為關(guān)于復(fù)位電平Srst的互補(bǔ)數(shù)據(jù) QP和xQp、以及關(guān)于信號(hào)電平Ssig的互補(bǔ)數(shù)據(jù)Qd和xQd。數(shù)字算術(shù)單元29基于互補(bǔ)數(shù)據(jù) QP和xQp再現(xiàn)原始數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)Dp，并基于互補(bǔ)數(shù)據(jù)Qd和xQd再現(xiàn)原始數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)Dd。其后， 數(shù)字算術(shù)單元29使用再現(xiàn)的數(shù)據(jù)Dp和Dd進(jìn)行“Dd-Dp”的差分處理，以獲取關(guān)于信號(hào)分量 Vsig的AD轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。其后，對(duì)每行依次重復(fù)相同的操作，由此建立了二維圖像?！此絺魉偷膯栴}〉通過作為總線的水平信號(hào)線18將由各個(gè)列中的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)/傳送及輸出單元256 存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)順序傳送到輸出電路(或數(shù)字算術(shù)單元29)側(cè)，作為單端信息(single end information)。在此情況下，由于在水平信號(hào)線18上出現(xiàn)了寄生電容，因此發(fā)生由于寄生 電容的出現(xiàn)而引起的各種問題。例如，發(fā)生傳送速度的衰減，并且由于用于水平信號(hào)線18 來控制寄生電容的配線寬度(金屬寬度)需要增加而引起芯片尺寸增加。例如，寄生電容的值是通過總計(jì)以下而獲得的值(1)由于水平信號(hào)線18而引起的電容；(2)由于輸出電路28的輸入級(jí)而引起的電容；(3)由于1個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)/傳送及輸出單元256的1個(gè)輸出級(jí)X數(shù)據(jù)存儲(chǔ)/傳送及 輸出單元256的個(gè)數(shù)而引起的電容；以及(4)用于連接水平信號(hào)線18與1個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)/傳送及輸出單元256的1個(gè)輸出 級(jí)X數(shù)據(jù)存儲(chǔ)/傳送及輸出單元256的個(gè)數(shù)的配線的電容。因此，當(dāng)通過順序選擇數(shù)據(jù)存儲(chǔ)/傳送及輸出單元256而將由各個(gè)列中的數(shù)據(jù)存 儲(chǔ)/傳送及輸出單元256存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)讀出到水平信號(hào)線18時(shí)，由于水平信號(hào)線18的寄生 電容，在數(shù)據(jù)傳送中發(fā)生錯(cuò)誤。具體地，當(dāng)寄生電容的電容值增加時(shí)，這導(dǎo)致信號(hào)延遲并且 阻止了數(shù)據(jù)傳送速度的增加。例如，當(dāng)進(jìn)行高速操作以例如增加幀頻時(shí)，需要以高速進(jìn)行諸如行掃描、AD轉(zhuǎn)換和
21水平數(shù)據(jù)傳送之類的操作。在這些操作中，當(dāng)希望增加水平數(shù)據(jù)傳送的速度時(shí)，直到由水平 掃描單元12選擇的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)/傳送及輸出單元256驅(qū)動(dòng)水平信號(hào)線18并且數(shù)據(jù)存儲(chǔ)/傳 送及輸出單元256的信號(hào)到達(dá)輸出電路28的時(shí)間是主要的。在具有水平方向的像素，例如，2000列中的單位像素的像素陣列單元10的情況 下，2000個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)/傳送及輸出單元256被連接到水平信號(hào)線18。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)/傳送及輸 出單元256的各個(gè)輸出級(jí)的寄生電容被組合。所選擇的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)/傳送及輸出單元256驅(qū) 動(dòng)水平信號(hào)線18時(shí)具有很大的寄生電容作為負(fù)載。近年來，由于需要增加像素，因此與水 平信號(hào)線18連接的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)/傳送及輸出單元256的數(shù)量趨向增加。這種趨向限制了特 別是所需要的高速操作。作為這樣的問題的解決方法，增加用于水平信號(hào)線18的配線寬度以便降低寄生 電容并控制由于寄生電容引起的配線延遲的方法是可考慮的。然而，為了通過用作總線的 水平信號(hào)線18按位來傳送數(shù)據(jù)，芯片尺寸增加。因此，在此實(shí)施例中，提供了數(shù)字地轉(zhuǎn)換像素信號(hào)并將像素信號(hào)輸出到固態(tài)成像 設(shè)備1的外部的機(jī)制。使用該機(jī)制，能夠解決由于水平信號(hào)線的寄生電容而引起的問題。該 機(jī)制的基礎(chǔ)在于，在水平信號(hào)線18上傳送數(shù)據(jù)作為互補(bǔ)信息而不是在水平信號(hào)線傳送數(shù) 據(jù)作為單端信息。下面具體說明該機(jī)制。<數(shù)據(jù)存儲(chǔ)/傳送及輸出單元和輸出電路的配置>圖4A到4C是用于說明列處理單元26 (具體地是數(shù)據(jù)存儲(chǔ)/傳送及輸出單元256 周圍的單元)和輸出電路28的配置例子的圖。圖4A是示出數(shù)據(jù)存儲(chǔ)/傳送及輸出單元 256的細(xì)節(jié)的電路方框圖。圖4B是輸出數(shù)據(jù)存儲(chǔ)/傳送及輸出單元256周圍的單元和輸出 電路28的配置例子的電路方框圖。圖4C是用于說明數(shù)據(jù)存儲(chǔ)/傳送及輸出單元256周圍 的單元和輸出電路28的基本操作的電壓電平圖。在根據(jù)該實(shí)施例的固態(tài)成像設(shè)備1中，作為用于不受水平信號(hào)線18的寄生電容的 影響而實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳送的機(jī)制，從各個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)/傳送及輸出單元256的數(shù)據(jù)保持功能 單元輸出的處于H和L邏輯電平的數(shù)據(jù)被轉(zhuǎn)換成用于該數(shù)據(jù)的在水平信號(hào)線18和18x上 傳送的互補(bǔ)數(shù)據(jù)Qsig和xQsig，并被輸出電路28重新轉(zhuǎn)換成邏輯電平的原始數(shù)據(jù)D，而不 是通過傳送驅(qū)動(dòng)器直接輸出到水平信號(hào)線18。作為用于該機(jī)制的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，如圖4A(1)所示，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)/傳送及輸出單元256包 括D型觸發(fā)器(D-FF)402，其作為從列電路25的AD轉(zhuǎn)換單元25b捕獲數(shù)據(jù)并保持?jǐn)?shù)據(jù)的 數(shù)據(jù)保持單元的例子，其中這些數(shù)據(jù)被與被輸入到時(shí)鐘端CK的子時(shí)鐘DLAT同步地輸入到 D輸入端；以及傳送驅(qū)動(dòng)器404和404x，其作為總線驅(qū)動(dòng)電路(數(shù)據(jù)輸出級(jí))的例子，該總 線驅(qū)動(dòng)電路作為傳送輸出功能單元。D型觸發(fā)器402的非反轉(zhuǎn)輸出Q被輸入到傳送驅(qū)動(dòng)器404。傳送驅(qū)動(dòng)器404通過 作為總線的水平信號(hào)線18被連接到輸出電路28。另一方面，D型觸發(fā)器402的反轉(zhuǎn)輸出xQ 被輸入到傳送驅(qū)動(dòng)器404x。傳送驅(qū)動(dòng)器404x通過作為總線的水平信號(hào)線18x被連接到輸 出電路28。與各個(gè)傳送驅(qū)動(dòng)器404_1到404_h和404x_l和404x_h對(duì)應(yīng)的水平數(shù)據(jù)傳送時(shí) 鐘cpH_l到9^_11被從通信/計(jì)時(shí)控制單元20輸入到各個(gè)傳送驅(qū)動(dòng)器404_1到404_h和 404x_l和404x_h的輸出使能端0E。當(dāng)與各個(gè)傳送驅(qū)動(dòng)器404_1到404_h和404x_l和404x_
22h對(duì)應(yīng)的水平數(shù)據(jù)傳送時(shí)鐘(pH_l到(pHJl激活(即，輸出使能端0E處于H電平)時(shí)，各個(gè) 傳送驅(qū)動(dòng)器404_1到404_h和404x_l和404x_h將所輸入的信息通過水平信號(hào)線18和18x 傳送到輸出電路28。如圖4A (2)所示，各個(gè)計(jì)數(shù)器單元254_1到254_4具有異步上/下計(jì)數(shù)器并級(jí)聯(lián)連 接用于n位的計(jì)數(shù)器元(cell)(例如D鎖存器)254_0到254_n_l的結(jié)構(gòu)。“級(jí)聯(lián)連接”意 味著用于將前一級(jí)處的計(jì)數(shù)器元的輸出數(shù)據(jù)輸入到后一級(jí)處的計(jì)數(shù)器元的時(shí)鐘端的連接。 計(jì)數(shù)時(shí)鐘CK_CNT被供應(yīng)至前一級(jí)處的計(jì)數(shù)器元254_0的時(shí)鐘端。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)/傳送及輸出 單元256的各個(gè)D型觸發(fā)器401_1到402_h具有按位的D鎖存器。各個(gè)傳送驅(qū)動(dòng)器401_1 到404_h、404x_l到404x_h具有驅(qū)動(dòng)晶體管(D_Tr)。用于對(duì)應(yīng)于計(jì)數(shù)數(shù)的n位的計(jì)數(shù)器 元、D鎖存器和驅(qū)動(dòng)晶體管被串聯(lián)。驅(qū)動(dòng)晶體管被并行連接到與其對(duì)應(yīng)的水平信號(hào)線18和18x(下文中也稱作水平傳 送總線BUS和xBUS)，并使用水平掃描單元12傳送來自各個(gè)D鎖存器的互補(bǔ)數(shù)據(jù)Q和xQ， 其中各個(gè)D鎖存器按位選擇性輸出計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)。在D型觸發(fā)器(D_FF)402的后一級(jí)處，固態(tài)成像設(shè)備1包括第一幅度電平變化單 元410和410x，其將從D型觸發(fā)器402輸出的H (電源側(cè))和L (地側(cè))邏輯電平之一改變到 電源和地之間的第三電壓電平；主放大單元411，其放大互補(bǔ)信息，其中由第一幅度電平變 化單元410和410x改變該互補(bǔ)信息的幅度電平；以及鎖存器單元419，其保持在預(yù)定時(shí)刻 主放大單元411的輸出信息(比較結(jié)果)。鎖存器單元419是捕獲從差分放大單元418輸 出的信息并在預(yù)定時(shí)刻保持該信息的數(shù)據(jù)保持單元的例子。定義用于保持主放大單元411 的輸出信息(比較結(jié)果)的時(shí)刻的控制脈沖(鎖存器時(shí)鐘)LT被從水平掃描單元12供應(yīng) 至鎖存器單元419。假設(shè)鎖存器時(shí)鐘LT與水平數(shù)據(jù)傳送時(shí)鐘cpH同步。更具體地，設(shè)置控制脈沖使得 鎖存器單元419保持一般在由水平數(shù)據(jù)傳送時(shí)鐘q>H定義的傳送周期的中間的位置上的主 放大單元411的輸出信息(比較結(jié)果)。如圖4B所示，主放大單元411包括第二幅度電平變化單元417和417x，其用作 放大信息的互補(bǔ)信號(hào)放大單元，其中由第一幅度電平變化單元410和410x改變該信息的幅 度電平；以及差分放大單元418，其比較并放大第二幅度電平變化單元417和417x的輸出。 水平傳送總線BUS上的數(shù)據(jù)Q和水平傳送總線xBUS上的數(shù)據(jù)xQ是反轉(zhuǎn)的數(shù)據(jù)(互補(bǔ)數(shù) 據(jù))。第二幅度電平變化單元417和417x具有一致的結(jié)構(gòu)。主放大單元411和鎖存器單元 419被提供在為各個(gè)列公共的水平傳送總線BUS和xBUS而提供的輸出電路28中。在各個(gè)列傳送驅(qū)動(dòng)器404和404x中，第一幅度電平變化單元410和410x包括第 一電平調(diào)整單元414和414x，其將從D型觸發(fā)器402的最后級(jí)放大器的輸出端Q和xQ輸出 的H(電源側(cè))和L(地側(cè))邏輯電平之一轉(zhuǎn)換成在電源和地之間的第三電壓電平。第一幅度電平變化單元410和410x還包括第二電平調(diào)整單元415和415x，其將 從D型觸發(fā)器輸出的H和L邏輯電平的另一個(gè)轉(zhuǎn)換成在電源和地之間的第四電壓電平；以 及第三電平調(diào)整單元416和416x，其控制在由第二電平調(diào)整單元415和415x轉(zhuǎn)換的第四電 壓電平處的過充電(overcharge)，并將第四電壓電平的最大值限制到在電源和地之間的第 五電壓電平。第二電平調(diào)整單元415和415x以及第三電平調(diào)整單元416和416x被提供在 為各個(gè)列公共的水平傳送總線BUS和xBUS而提供的輸出電路28中。
例如，如圖4C所示，第一電平調(diào)整單元414和414x將從D型觸發(fā)器402輸出的H 邏輯電平改變?yōu)樵陔娫春偷刂g的第三電壓電平VL3。響應(yīng)于該變化，第二電平調(diào)整單元 415和415x將從D型觸發(fā)器402輸出的L邏輯電平改變?yōu)樵陔娫春偷刂g的第四電壓電平 VH4 ( > VL3)。以這種方式，根據(jù)該實(shí)施例的傳送驅(qū)動(dòng)器404和404x (具體地，第一電平調(diào)整單元 414和414x)和第二電平調(diào)整單元415和415x具有反轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)。如圖4C所示，在來自D型 觸發(fā)器402的通用電壓電平VL(等于地電勢)和VH(等于用于邏輯電路的電源電勢)處的 二進(jìn)制邏輯電平的數(shù)據(jù)(圖中的(1))被轉(zhuǎn)換成具有較窄的電壓幅度(VL3到VH4)的模擬 電壓信號(hào)，并被輸出到水平傳送總線BUS和xBUS(圖中的(2))。這樣的目的是，從高速數(shù) 據(jù)傳送的觀點(diǎn)來看，在高負(fù)載水平傳送總線BUS和xBUS的驅(qū)動(dòng)中，在保持原始VL和VH邏 輯電平的同時(shí)，根據(jù)傳送能力、功耗、抗噪聲性能等，使得傳送信息比通過水平傳送總線BUS 和xBUS而將數(shù)據(jù)傳送到輸出電路28更有利。輸出電路28的第二幅度電平變化單元417和417x接收在水平傳送總線BUS和 xBUS上的、由傳送驅(qū)動(dòng)器404和404x(具體地，第一電平調(diào)整單元414和414x)和第二電 平調(diào)整單元415和415x從邏輯電平轉(zhuǎn)換成具有電壓幅度(VL3到VH4)的窄模擬信號(hào)的電 壓信息(VL3到VH4)。然后，第二幅度電平變化單元417和417x將該電壓信息轉(zhuǎn)換(反轉(zhuǎn) 并放大)成用于差分放大單元418的、幅度電平VL6到VH6比VL3到VH4更寬的電壓信息 VQ，并輸出該電壓信息(圖中的(3))。第三電平調(diào)整單元416和416x具有這樣的功能當(dāng)互補(bǔ)數(shù)據(jù)Q和xQ處于L電平并 且未驅(qū)動(dòng)第一電平調(diào)整單元414和414x時(shí)，將在由第四電壓電平VH4對(duì)水平傳送總線BUS 和xBUS充電時(shí)的最大充電電勢限制到第五電壓電平，以控制對(duì)電源電平的過充電，其中由 第二電平調(diào)整單元415和415x轉(zhuǎn)換第四電壓電平VH4。例如，如圖4C(4)所示，差分放大單元418基于在幅度電平VL6到VH6處以相反極 性變化的電壓信息VQ和xVQ，使用電壓比較器來比較水平傳送總線BUS上的電壓信息VQ是 高于還是低于水平傳送總線xBUS上的電壓信息xVQ。差分放大單元418使用電壓比較器的 放大功能(需要時(shí)，與輸出緩沖器聯(lián)合處理)，將電壓信息VQ和電壓信息xVQ之間的電壓差 放大到用于鎖存器單元419的邏輯電平VLout和VHout。當(dāng)在單一端處的水平信號(hào)線18上傳送信息時(shí)，由于作為水平傳送路徑的水平信 號(hào)線18很長，寄生電容CR限制了傳送速度。當(dāng)采用用于并行進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換的計(jì)數(shù)操作和水 平傳送操作的管線處理(pipeline processing)以增加操作速度時(shí)，在計(jì)數(shù)器操作期間的 電源噪聲被混合在水平傳送路徑中，并限制了傳送速度的增加。另一方面，在該實(shí)施例中，不是在保持輸出電路(此例子中的D型觸發(fā)器402)的 邏輯輸出電平的同時(shí)在水平信號(hào)線18上傳送數(shù)據(jù)，而是將數(shù)據(jù)作為互補(bǔ)信息而傳送并轉(zhuǎn) 換成具有較小幅度的、被傳輸?shù)捷敵鲭娐?8的電壓信號(hào)，并在輸出電路28中再次再現(xiàn)為用 于后一級(jí)電路的邏輯電平。在水平信號(hào)線18和18x上傳送數(shù)據(jù)，作為互補(bǔ)并且小幅度電壓 信號(hào)。結(jié)果，實(shí)現(xiàn)高速水平傳送。由于傳送了互補(bǔ)信息，因此即使諸如電源噪聲的公共模式 噪聲被混合在水平傳送路徑中，也可以消除噪聲的影響。因此，可以明顯降低傳送誤差。具 體地，當(dāng)作為互補(bǔ)數(shù)據(jù)而傳送數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)時(shí)，基于所傳送的互補(bǔ)數(shù)據(jù)來再現(xiàn)原始數(shù)據(jù)，然后在 預(yù)定時(shí)刻鎖存原始數(shù)據(jù)。這也使得能夠明顯提高數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。下面說明具體配置例子。
〈配置例子〉圖5A和5B是用于說明具體配置例子的圖。如圖5A所示，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)/傳送及輸出 單元256的第一電平調(diào)整單元414和414x具有在D型觸發(fā)器402的輸出端Q和xQ與水平 傳送總線BUS和xBUS之間的用作驅(qū)動(dòng)晶體管(D-Tr)的NMOS晶體管420和用作具有模擬 切換功能的切換晶體管的NMOS晶體管422。來自水平掃描單元12的對(duì)應(yīng)于各列的水平數(shù)據(jù)傳送時(shí)鐘φΗ_1和tpH_h被供應(yīng)至 NMOS晶體管422的柵極端。NMOS晶體管422在水平掃描單元12的控制下將NMOS晶體管 420的反轉(zhuǎn)輸出輸出到各個(gè)列公共的水平傳送總線BUS和xBUS。將D型觸發(fā)器402的輸出端Q和xQ的輸出數(shù)據(jù)輸入到NMOS晶體管420的柵極端。 NMOS晶體管420的源極端接地。NMOS晶體管420的漏極端連接到NMOS晶體管422的一個(gè) 輸入和輸出端(例如源極端)。當(dāng)NMOS晶體管422導(dǎo)通時(shí)，NMOS晶體管420邏輯反轉(zhuǎn)D型觸發(fā)器402的輸出端 Q和xQ的輸出數(shù)據(jù)的H(電源側(cè))邏輯電平并將其轉(zhuǎn)換成在電源和地之間的第三電壓電平 VL3。邏輯反轉(zhuǎn)從D型觸發(fā)器402的輸出端Q和xQ輸出的L (地側(cè))和H邏輯電平的L 邏輯電平并將其轉(zhuǎn)換成第四電壓電平VL3的第二電平調(diào)整單元415和415x被連接到水平 傳送總線BUS和xBUS。在該配置例子中，作為第二電平調(diào)整單元415和415x，使用用作上 拉(pull up)水平傳送總線BUS和xBUS的電勢的部件。具體地，用作上拉部件的第二電平調(diào)整單元415和415x使用PMOS晶體管進(jìn)行上 拉，以便當(dāng)?shù)谝浑娖秸{(diào)整單元414和414x的輸出無效時(shí)(等效于數(shù)據(jù)Q和xQ處于L電平的 時(shí)間)將水平傳送總線BUS和xBUS拉到電源電壓Vdd側(cè)。為此目的，在水平傳送總線BUS 和xBUS與電源電壓Vdd之間提供具有PMOS晶體管440的第二電平調(diào)整單元415和415x。 將電源電壓Vdd供應(yīng)至PMOS晶體管440的源極端。PMOS晶體管440的漏極端連接到水平 傳送總線BUS和xBUS。第三電平調(diào)整單元416和416x將第四電壓電平VH4的過充電限制為第五電壓電 平VH5，發(fā)生過充電是因?yàn)榈谝浑娖秸{(diào)整單元414和414x無效(等效于數(shù)據(jù)Q和xQ處于 L電平的時(shí)間)的狀態(tài)持續(xù)。作為第三電平調(diào)整單元416和416x，在水平傳送總線BUS和 xBUS與地之間提供二極管連接的NMOS晶體管442，以將陽極置于水平傳送總線BUS和xBUS 側(cè)并將陰極置于地側(cè)。PMOS晶體管440還執(zhí)行第二幅度電平變化單元417和417x的部分功能。第 二幅度電平變化單元417和417x包括NM0S晶體管450，其柵極與水平傳送總線BUS 和xBUS連接；在NMOS晶體管450的負(fù)載側(cè)(漏極端側(cè))提供的電流鏡像連接的 (current-mirror-connected)PMOS 晶體管 452 和 454 ；以及在 PMOS 晶體管 454 的負(fù)載側(cè) (漏極端側(cè))提供的NMOS晶體管456。將電源電壓Vdd供應(yīng)至PMOS晶體管452和454的各個(gè)源極端。PMOS晶體管452 和454的各個(gè)基極端被公共連接并被連接到PMOS晶體管452的漏極端。NMOS晶體管450 的源極端接地。NMOS晶體管450的漏極端連接到PMOS晶體管452的漏極端(并進(jìn)一步連 接到PMOS晶體管452和454的柵極端)。NMOS晶體管456的源極端接地。NMOS晶體管456 的漏極端連接到PMOS晶體管454的漏極端。漏極端的連接點(diǎn)連接到差分放大單元418的輸入端之一。第二幅度電平變化單元417的NMOS晶體管456的漏極端連接到差分放大單 元418的非反相輸入端(+)，并且第二幅度電平變化單元417x的NMOS晶體管456的漏極端 連接到差分放大單元418的反相輸入端(_)。 放大器輸出端的電壓信息VQ和xVQ也被供應(yīng)至PMOS晶體管440的柵極端(控制 輸入端)。由第二幅度電平變化單元417放大的電壓信息VQ和xVQ被供應(yīng)至PMOS晶體管 440的控制輸入端，其中PMOS晶體管440是NMOS晶體管420的負(fù)載晶體管。配置了反饋電 路，其在用于基于放大的信號(hào)來控制水平傳送總線BUS和xBUS上的信號(hào)幅度的方向上起作 用(稍后描述反饋電路的操作的細(xì)節(jié))。主放大單元411具有定義NMOS晶體管456的操作電流的偏置單元460。偏置單 元460包括PM0S晶體管462，在其柵極端處設(shè)置偏置電壓Vb ；以及在PMOS晶體管462的 負(fù)載側(cè)(漏極端側(cè))提供的NMOS晶體管464。電源電壓Vdd被供應(yīng)至PMOS晶體管462的 源極端。PMOS晶體管462的漏極端連接到NMOS晶體管464的漏極端。NMOS晶體管464的 源極端接地。NMOS晶體管464的柵極端和漏極端連接。第二幅度電平變化單元417和417x的各個(gè)NMOS晶體管456連接到偏置單元460 的NMOS晶體管464的柵極端并被電流鏡像連接到NMOS晶體管464。換句話說，將預(yù)定偏置 電平從用作恒流源的偏置單元460輸入到NMOS晶體管456的輸入側(cè)(柵極端)。在用作xBUS放大單元的第二幅度電平變化單元417的放大器輸出端處的電壓信 息VQ被供應(yīng)至差分放大單元418的非反相輸入(+)。在用作xBUS放大單元的第二幅度電 平變化單元417x的放大器輸出端處的電壓信息xVQ被供應(yīng)至差分放大單元418的反相輸 入(_)。由差分放大單元418比較并放大電壓信息VQ和電壓信息xVQ。由差分放大單元 418比較并放大的電壓信息VD (假設(shè)VLout對(duì)應(yīng)于所再現(xiàn)的數(shù)據(jù)的L電平，VHout對(duì)應(yīng)于數(shù) 據(jù)的H電平)被供應(yīng)至鎖存器單元419。鎖存器單元419基于與水平數(shù)據(jù)傳送時(shí)鐘φΗ同 步的鎖存器時(shí)鐘來捕獲一般在傳送周期的中間位置上的電壓信息VD,以再現(xiàn)原始邏輯數(shù)據(jù) D并與水平數(shù)據(jù)傳送時(shí)鐘φΗ同步地輸出邏輯數(shù)據(jù)D。考慮到數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的水平傳送，在鎖存器單元419中判斷最終數(shù)據(jù)以提高數(shù)據(jù)再現(xiàn) 的準(zhǔn)確性。然而，不是必須提供鎖存器單元419。在模擬信息的水平傳送中，不用鎖存器單 元419，只需照原樣使用從差分放大單元418輸出的電壓信息。如從圖中很明顯，第二幅度電平變化單元417和417χ具有一致的結(jié)構(gòu)。優(yōu)選第二 幅度電平變化單元417和417χ具有一致的性能，使得放大器輸出端處的電壓信息VQ和xVQ 呈現(xiàn)類似的特性。為此目的，例如，優(yōu)選在彼此接近的位置布置第二幅度電平變化單元417 和417x。具體地，第二幅度電平變化單元417和417x的操作點(diǎn)基本上取決于NMOS晶體管 456的操作電流。因此，優(yōu)選在彼此接近的位置上布置在第二幅度電平變化單元417側(cè)的 NMOS晶體管456和在第二幅度電平變化單元417x側(cè)的NMOS晶體管456。NMOS晶體管456被電流鏡像連接到偏置單元460的NMOS晶體管464。因此，為了 對(duì)稱地布置各個(gè)晶體管的鏡像電路，優(yōu)選在穿過NMOS晶體管464的對(duì)稱位置上布置在第二 幅度電平變化單元417側(cè)的NMOS晶體管456和在第二幅度電平變化單元417x側(cè)的NMOS 晶體管456。圖中所示的圖表(電路圖)示意性示出了該布置。在第二幅度電平變化單元 417和417x中，還優(yōu)選在接近的位置中布置各個(gè)晶體管440、450、452、454和456。在具有PMOS晶體管440作為上拉部件的第二幅度電平變化單元417和417x的結(jié)構(gòu)中，當(dāng)某列中的輸出數(shù)據(jù)Q和XQ是“L”時(shí)，使用PMOS晶體管440來將水平傳送總線BUS 和xBUS的電壓上拉到電源電壓Vdd側(cè)。當(dāng)某列中的輸出數(shù)據(jù)Q和xQ變化到“H”時(shí)，由驅(qū) 動(dòng)NMOS晶體管420下拉電壓，并且信號(hào)值“H”被邏輯反轉(zhuǎn)并傳輸。不用說，當(dāng)某列中的輸 出數(shù)據(jù)是“L”時(shí)，由于NMOS晶體管420截止，因此由PMOS晶體管440的上拉來邏輯反轉(zhuǎn)并 傳輸信號(hào)值“L”。當(dāng)某列中的輸出數(shù)據(jù)Q和xQ變化到“H”時(shí)，NMOS晶體管420導(dǎo)通，并且水平傳送 總線BUS和xBUS的電壓被下拉，并且下降了某個(gè)電壓而達(dá)到在對(duì)應(yīng)于H電平的電源電壓 Vdd和對(duì)應(yīng)于L電平的地電壓GND之間的第三電壓電平VH3。電壓下降的程度取決于NMOS 晶體管420的漏極和源極之間的驅(qū)動(dòng)能力(與漏極和源極之間的驅(qū)動(dòng)電流和輸出電阻有 關(guān))以及水平傳送總線BUS和xBUS上的負(fù)載電阻和負(fù)載電容。在配置第一電平調(diào)整單元414時(shí)，使用邏輯反轉(zhuǎn)從AD轉(zhuǎn)換單元25b和D型觸發(fā)器 402輸出的H和L邏輯電平的晶體管(此例子中的NMOS晶體管420)。因此，存在這樣的優(yōu) 點(diǎn)能夠容易地將H和L電平之一(此例子中的H電平)轉(zhuǎn)換成第三電壓電平VH3。在具體配置用于當(dāng)某列中的輸出數(shù)據(jù)Q和xQ是“L”時(shí)將電壓上拉到在對(duì)應(yīng)于H電 平的電源電壓Vdd和對(duì)應(yīng)于L電平的地電壓GND之間的第四電壓電平VL4的上拉部件時(shí)， 如果使用MOS晶體管，存在這樣的優(yōu)點(diǎn)與使用電阻元件的形式相比，能夠在較小的面積中 實(shí)現(xiàn)上拉部件。另外，在從L電平到H電平的轉(zhuǎn)變(水平傳送總線BUS和xBUS上的邏輯反 轉(zhuǎn)；從H電平到L電平)時(shí)，可以利用PMOS晶體管440的驅(qū)動(dòng)能力。因此，與電阻元件相 比，驅(qū)動(dòng)能力也很高。然而，當(dāng)NMOS晶體管420導(dǎo)通時(shí)，流通電流很可能從PMOS晶體管440 經(jīng)過PMOS晶體管422流到NMOS晶體管420。<配置例子中的放大動(dòng)作>圖6A和6B是用于說明圖5B所示的第二幅度電平變化單元417和417x的放大動(dòng) 作的圖，并功能性地示出了電路配置。圖6A是用于說明應(yīng)用用于圖5B所示的配置例子的 比較性例子的操作的圖。圖6B是用于說明根據(jù)應(yīng)用圖5B所示的配置例子的此實(shí)施例的操 作的圖。如圖6A所示，在比較性例子的配置中，為了在具有較大寄生電容CR的傳送路徑上 進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，如在此實(shí)施例中，使用差分傳送電路。在該差分傳送電路中，由用于對(duì)傳送 路徑充電的負(fù)載晶體管(作為電流源)和用于互補(bǔ)數(shù)據(jù)的驅(qū)動(dòng)晶體管驅(qū)動(dòng)傳送電路，并且 由差分放大器比較并輸出電壓。然而，在這樣的比較例子的配置中，傳送速度取決于用于在 DC平衡中充電和放電的負(fù)載晶體管和驅(qū)動(dòng)晶體管的能力。當(dāng)傳送路徑的寄生電容CR很大 時(shí)，傳送路徑上的傳送速度取決于該能力。另一方面，在根據(jù)圖5B所示的實(shí)施例的配置例子中，第二幅度電平變化單元417 和417x配置反饋放大器電路。換句話說，連接PMOS晶體管454的漏極端和NMOS晶體管 456的漏極端的連接點(diǎn)是放大器輸出端。在放大器輸出端生成的用于差分放大單元418的 電壓信息VQ和xVQ被返回到PMOS晶體管440的柵極端(控制輸入端)。PMOS晶體管440 配置反饋電路，用于基于柵極端處的柵極電壓來控制水平傳送總線BUS和xBUS中的電勢波 動(dòng)。當(dāng)從D型觸發(fā)器402輸出的邏輯數(shù)據(jù)Q和xQ處于L電平時(shí)，NMOS晶體管420截 止以在用于使用PMOS晶體管440的上拉動(dòng)作來增加水平傳送總線BUS和xBUS的電勢的方向上起作用。然后，NMOS晶體管450在ON方向上起作用，并且電流鏡像連接的PMOS晶體 管452和454的電流增加。該電流增加在用于增加在放大器輸出端處生成的電壓信息VQ 和xVQ的方向上起作用。將信息通知給PMOS晶體管440的柵極端。當(dāng)柵極端處的電勢上 升時(shí)，由于PMOS晶體管440在OFF方向上起作用，因此操作電阻增加。結(jié)果，PMOS晶體管 440在用于降低水平傳送總線BUS和xBUS的電勢的方向上起作用。換句話說，當(dāng)水平傳送 總線BUS和xBUS的電勢上升(幅度增加)時(shí)，將第二幅度電平變化單元417和417x的放 大器輸出端處的電壓信息VQ和xVQ輸入到PMOS晶體管440，并且PMOS晶體管440在用于 控制水平傳送總線BUS和xBUS的幅度增加的方向上起作用。相反，當(dāng)從D型觸發(fā)器402輸出的邏輯數(shù)據(jù)Q和xQ處于H電平時(shí)，NMOS晶體管420 導(dǎo)通以被下拉并在用于降低水平傳送總線BUS和xBUS的電勢的方向上起作用。然后，NMOS 晶體管在OFF方向上起作用，并且電流鏡像連接的PMOS晶體管452和454的電流降低。該 電流降低在用于降低在放大器輸出端處生成的電壓信息VQ和xVQ的方向上起作用。該信 息被通知給PMOS晶體管440的柵極端。當(dāng)柵極端處的電勢下降時(shí)，PMOS晶體管440在ON方向上起作用。因此，操作電阻 降低，并且PMOS晶體管440在用于增加水平傳送總線BUS和xBUS的電勢的方向上起作用。 換句話說，當(dāng)水平傳送總線BUS和xBUS的電勢下降(幅度降低)時(shí)，將第二幅度電平變化單 元417和417x的放大器輸出端處的電壓信息VQ和xVQ輸入到PMOS晶體管440，并且PMOS 晶體管440在用于控制水平傳送總線BUS和xBUS的幅度降低的方向上起作用。從該事實(shí)可見，第二幅度電平變化單元417和417x操作為反饋放大器電路。在第 二幅度電平變化單元417和417x的放大器輸出端處生成的電壓信息VQ和xVQ被輸入到作 為負(fù)載晶體管的PMOS晶體管440的柵極端。因此，水平傳送總線BUS和xBUS的幅度電平 以自對(duì)準(zhǔn)(self-aligning)的方式穩(wěn)定到與NMOS晶體管456的柵極端處的偏置電平平衡 的電平。作為NMOS晶體管420的負(fù)載晶體管的PMOS晶體管440被用作第二電平調(diào)整單元 415，并且放大器輸出端處的電壓信息VQ和xVQ被反饋到PMOS晶體管440的柵極端。因此， 存在這樣的優(yōu)點(diǎn)可以容易地配置反饋放大器電路。以這種方式，在根據(jù)該實(shí)施例的配置中，如圖6B所示，電路包括用于傳送互補(bǔ)輸 出數(shù)據(jù)的兩個(gè)水平傳送總線BUS和xBUS ；NMOS晶體管420，被分布并布置在水平傳送總線 BUS和xBUS上，并且操作為各個(gè)列中的驅(qū)動(dòng)晶體管，用于基于互補(bǔ)輸出數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)水平傳送 總線BUS和xBUS ；以及第二幅度電平變化單元417和(BUS放大單元)和417x(xBUS放大 單元)，作為向其輸入水平傳送總線BUS和xBUS上的信號(hào)并生成被輸入到作為差分放大器 的差分放大單元418的輸入信號(hào)(電壓信息VQ和xVQ)的放大級(jí)。電路還包括PMOS晶體 管440，其操作為被輸入有由第二幅度電平變化單元417(BUS放大單元)和417x(xBUS)生 成的電壓信息VQ和xVQ并將電壓信息VQ和xVQ反饋到水平傳送總線BUS和xBUS，即在用 于控制水平傳送路徑的幅度的方向上起作用的負(fù)載晶體管。使用這樣的配置，關(guān)于作為數(shù)據(jù)傳送路徑的水平傳送總線BUS和xBUS，作為負(fù)載 晶體管的PMOS晶體管440還操作為反饋晶體管。因此，由于水平傳送總線BUS和xBUS上 的信息的幅度被控制得很小，高速操作是可能的。由作為放大級(jí)的操作為BUS放大單元的 第二幅度電平變化單元417和操作為xBUS放大單元的第二幅度電平變化單元417x放大作
28為差分放大器的差分放大單元418的輸入，以將其改變?yōu)殡妷盒畔Q和xVQ。因此，能夠迅 速準(zhǔn)確地比較電壓信息。此外，由于傳送數(shù)據(jù)作為互補(bǔ)信息，因此即使噪聲被混合在水平傳 送總線BUS和xBUS中，也能夠消除噪聲的影響。因此，噪聲電阻較高。<配置例子中的電平控制動(dòng)作>圖6C和6D是用于說明圖5B所示的配置例子中的第三電平調(diào)整單元416和416x 進(jìn)行的電平控制動(dòng)作的圖。當(dāng)以高速驅(qū)動(dòng)高負(fù)載水平傳送總線BUS和xBUS時(shí)，難以確保通過率(through rate)。這在圖6C(1)中示出。沒有提供第三電平調(diào)整單元416和416x。如圖所示，應(yīng)該被 放大到電源電壓的水平傳送總線BUS和xBUS的電勢實(shí)際僅被放大了很小的幅度。這是因 為，由于水平傳送總線BUS和xBUS中存在電阻并且緩沖器(此例中的NMOS晶體管420)中 存在有限的輸出阻抗，因而由于所謂的CR延遲，電勢被放大了很小的幅度。當(dāng)以這種方式，電勢僅被放大了很小的幅度時(shí)，很可能在信號(hào)中出現(xiàn)誤差。這在圖 6C⑵和6D⑴中示出。如圖所示，當(dāng)處于操作點(diǎn)接近于地側(cè)的狀態(tài)中的彼此相鄰的各列中 的輸出典型地不同并且在水平傳送總線BUS和xBUS中典型地出現(xiàn)變化時(shí)，接近于地側(cè)的狀 態(tài)中的幅度很小，而當(dāng)沒有變化時(shí)幅度較大。水平傳送總線BUS上的電勢繼續(xù)上升，直到數(shù) 據(jù)變化到H。然而，根據(jù)第二幅度電平變化單元417的動(dòng)作，水平傳送總線xBUS上的電勢仍 然停留在預(yù)定電平。操作為BUS放大單元的第二幅度電平變化單元417的放大器輸出端處的電壓信息 VQ被供應(yīng)至差分放大單元418的非反相輸入(+)。操作為xBUS放大單元的第二幅度電平 變化單元417x的放大器輸出端處的電壓信息xVQ被供應(yīng)至差分放大單元418的反相輸入 (_)。由差分放大單元418比較并放大電壓信息VQ和電壓信息xVQ。因此，如圖6D(2)所 示，用于再現(xiàn)差分放大單元418中的數(shù)據(jù)的閾值因?yàn)檩敵鲎兓淖?。這引起誤判(數(shù)據(jù) 的再現(xiàn)錯(cuò)誤)。提供第三電平調(diào)整單元416和416x以解決該問題。作為第三電平調(diào)整單元416和 416x，例如，提供二極管連接的NMOS晶體管422。因而，當(dāng)數(shù)據(jù)Q和xQ處于L電平時(shí)，能夠 根據(jù)二極管連接的NMOS晶體管442和第二幅度電平變化單元417的動(dòng)作，將用于對(duì)水平傳 送總線BUS和xBUS充電的電勢的上升限制到預(yù)定的第五電壓電平VH5。換句話說，當(dāng)?shù)谝?電平調(diào)整單元414和414x沒有將水平傳送總線BUS和xBUS驅(qū)動(dòng)到地側(cè)時(shí)(等效于數(shù)據(jù)Q 和xQ處于L電平時(shí))，將對(duì)水平傳送總線BUS和xBUS的充電控制到第五電壓電平VH5 ( ε 二極管電壓=約0. 6V)。因此，能夠防止水平傳送總線BUS和xBUS被過充電到電源電平。結(jié)果，幅度電平VL3到VL4被限制到二極管電壓的范圍，水平傳送總線BUS和xBUS 上的信息具有非常小的幅度，并且高速反轉(zhuǎn)操作是可能的。結(jié)果，如圖6D(3)所示，即使當(dāng) 水平傳送總線BUS和xBUS中沒有變化時(shí)，也不太容易發(fā)生數(shù)據(jù)的再現(xiàn)錯(cuò)誤。為了使其更完 善，將幅度電平VL3到VH4設(shè)置得與二極管電壓基本相等是明智的。如果設(shè)置NMOS晶體管 456的偏置電平使得在未出現(xiàn)第三電平調(diào)整單元416和416x時(shí)的上拉電勢等于或高于二極 管電壓，則由NMOS晶體管422將幅度電平VL3到VH4自動(dòng)設(shè)置得與二極管電壓基本相等。將上拉時(shí)的電勢控制在預(yù)定范圍(第五電壓電平VH5)中的第三電平調(diào)整單元416 的結(jié)構(gòu)不限于NMOS晶體管422是二極管連接的這種結(jié)構(gòu)。例如，還能夠使用Zener 二極管 或其他電壓限制元件。然而，如果二極管的陰極接地(參考電壓)側(cè)，并且其陽極連接到前方的偏置線側(cè)，則存在這樣的優(yōu)點(diǎn)可以容易地將上拉時(shí)的電勢限制到預(yù)定范圍(二極管 電壓)。當(dāng)MOS晶體管是二極管連接的時(shí)，容易將MOS晶體管合并入集成電路中。<配置例子中的信息再現(xiàn)動(dòng)作和偏置電平之間的關(guān)系>圖6E是用于說明圖5B所示的配置例子中的NMOS晶體管464的偏置電平和差分 放大單元418的信息再現(xiàn)動(dòng)作之間的關(guān)系的圖。NMOS晶體管464的操作電流主要在第二幅 度電平變化單元417和417x的功耗和操作點(diǎn)上起作用。在功耗方面，可以使得功耗取決于 由偏置單元460生成的偏置電流(到NMOS晶體管456的柵極端的偏置電平)。因此，能夠 根據(jù)傳送速度改變偏置電流，并實(shí)現(xiàn)低功耗。另一方面，在操作點(diǎn)方面，當(dāng)偏置電平彼此不一致并且在操作為BUS放大單元的 第二幅度電平變化單元417的放大器輸出端處的操作點(diǎn)和在操作為xBUS放大單元的第二 幅度電平變化單元417x的放大器輸出端處的操作點(diǎn)彼此不一致時(shí)，如圖6E所示，在輸入信 息和由差分放大單元418再現(xiàn)的電壓信息VD所指示的再現(xiàn)信息之間發(fā)生偏移(shift)。在 圖6E中，示出了很輕的偏移。然而，當(dāng)放大器輸出端處的操作點(diǎn)偏移較大時(shí)，有可能不能再 現(xiàn)信息。在數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的水平傳送中，可通過在差分放大單元418的后一級(jí)處提供鎖存器單 元419并大概在傳送周期的中間捕獲數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)而提高數(shù)據(jù)再現(xiàn)的準(zhǔn)確性。然而，在傳送模 擬信息的情況下，難于以這樣的方式提供數(shù)據(jù)再現(xiàn)的準(zhǔn)確性。因此，如上所述，優(yōu)選通過例如將在第二幅度電平變化單元417側(cè)的NMOS晶體管 456和在第二幅度電平變化單元417x側(cè)的NMOS晶體管456布置在彼此接近的位置上，使得 在放大器輸出端處的電壓信息VQ和電壓信息xVQ呈現(xiàn)相似特性，從而將第二幅度電平變化 單元417和417x的性能設(shè)置得一致。<與類似配置例子的比較>作為與根據(jù)上述實(shí)施例的配置類似的機(jī)制，例如，關(guān)于用于動(dòng)態(tài)半導(dǎo)體存儲(chǔ)設(shè)備 的總線信號(hào)(輸入和輸出總線信號(hào))的差分放大單元，JP-A-128870提出了這樣一種機(jī)制， 其包括用于將由列解碼器選擇的互補(bǔ)位線上的信號(hào)傳輸?shù)交パa(bǔ)總線的部件；差分地輸 入、比較并判斷總線上的信號(hào)的差分放大器；以及提供在互補(bǔ)總線和差分放大器的差分輸 入之間的電壓電平轉(zhuǎn)換器(例如，源跟隨器電路)。通過使用電壓電平轉(zhuǎn)換器從電源電壓降低判斷傳送路徑的差電勢的差分放大器 的差分輸入電勢，可以在飽和區(qū)使用CMOS結(jié)構(gòu)的差分放大器。因此，能夠增加整個(gè)放大器 操作的速度和增益。在JP-A-5-128870中所提出的機(jī)制中，電壓電平轉(zhuǎn)換器(例如源跟隨器電路)不 具有放大功能。因此，通過將差分放大器(差分放大單元418)的輸入設(shè)置為較大的幅度同 時(shí)將水平傳送總線BUS和xBUS上的信息控制到較小的幅度，難以獲得本實(shí)施例特有的作用 和效果能夠通過將差分放大器(的輸入設(shè)置為較大的幅度同時(shí)將數(shù)據(jù)路徑控制到較小的 幅度而快速準(zhǔn)確地比較電壓信息，以實(shí)現(xiàn)高速傳送。JP-A-2002-84460提出一種在CMOS成像設(shè)備中的使用串聯(lián)連接的反饋電阻器和 輸入電阻器而電壓分布(voltage-distribute)放大的輸出以獲得電壓分布的輸出并使用 該電壓分布的輸出作為差分反轉(zhuǎn)輸入的機(jī)制。要傳送的信息是模擬信息。由差分放大器生 成在與用于傳送正相位信號(hào)的正相位信號(hào)線互補(bǔ)的負(fù)相位信號(hào)線上的負(fù)相位信號(hào)?？梢詫?br> 30放大器增益設(shè)置為等于或大于1。能夠獲得放大程度大于1的、固定模式噪聲被抑制的輸出信號(hào)。然而，在JP-A-2002-84460中所公開的機(jī)制中，需要用于穩(wěn)定模擬信息的時(shí)間。另 一方面，在根據(jù)本實(shí)施例的機(jī)制中，傳送數(shù)字信息，并且僅需要保留可以比較二進(jìn)制值的時(shí) 間。因此，在增加速度方面，此機(jī)制具有優(yōu)勢。<成像裝置>圖7是示出作為采用與根據(jù)本實(shí)施例的固態(tài)成像設(shè)備1相同的機(jī)制的物理信息獲 取裝置的例子的成像裝置(攝像機(jī)系統(tǒng))的示意結(jié)構(gòu)的圖。該成像裝置8是獲取可見光顏 色圖像的成像裝置。具體地，成像裝置8包括攝像鏡頭802，其將載有位于諸如太陽光或熒光燈的光 源801下的對(duì)象Z的圖像的光L導(dǎo)向成像裝置側(cè)并聚焦光L ；低通濾光器804 ；濾色器組 812，在其中例如以Bayer陣列布置R、G和B的過濾器；像素陣列單元10 ；驅(qū)動(dòng)像素陣列單 元10的驅(qū)動(dòng)控制單元7 ；列處理單元26，其將⑶S處理、AD轉(zhuǎn)換處理等施加于從像素陣列 單元10輸出的像素信號(hào)；以及攝像機(jī)信號(hào)處理單元810，其處理從列處理單元26輸出的處 理圖像數(shù)據(jù)。攝像機(jī)信號(hào)處理單元810包括成像信號(hào)處理單元820、以及用作控制整個(gè)成像裝 置8的主控制單元的攝像機(jī)控制單元900。成像信號(hào)處理單元820包括信號(hào)分離單元822， 其具有原色分離功能，用于當(dāng)使用除了原色過濾器之外的濾波器作為濾色器時(shí)，將從列AD 電路25b(見圖1)供應(yīng)的數(shù)字成像信號(hào)分離成R(紅)、G(綠)和B(藍(lán))原色信號(hào)；以及顏 色信號(hào)處理單元830，其基于由信號(hào)分離單元822分離的原色信號(hào)R、G和B將信號(hào)處理施 加于顏色信號(hào)C。成像信號(hào)處理單元820還包括亮度信號(hào)處理單元840，其基于由信號(hào)分離單元 822分離的原色信號(hào)R、G和B將信號(hào)處理施加于亮度信號(hào)Y ；以及編碼器860，其基于亮度 信號(hào)Y和顏色信號(hào)C生成視頻信號(hào)VD。根據(jù)該實(shí)施例的攝像機(jī)控制單元900包括微處理器902、其形成由CPU(中央 處理單元)代表的計(jì)算機(jī)內(nèi)核，在該CPU中，由計(jì)算機(jī)進(jìn)行的算法操作和控制被集成在微 集成電路中；ROM(只讀存儲(chǔ)器)904，其作為專用于讀出的存儲(chǔ)單元；RAM(隨機(jī)存取存儲(chǔ) 器)906，其中可以重寫數(shù)據(jù)并且可以從其隨機(jī)讀出數(shù)據(jù)，并且其是易失性存儲(chǔ)單元的例子； 以及圖中未示出的其他外設(shè)構(gòu)件。也將微處理器902、R0M904和RAM906統(tǒng)稱為微計(jì)算機(jī)?！耙资源鎯?chǔ)單元”意味著這樣的存儲(chǔ)單元在關(guān)閉裝置的電源時(shí)，存儲(chǔ)的內(nèi)容被從 其擦除。另一方面，“非易失性存儲(chǔ)單元”意味著即使關(guān)閉的裝置的主電源也繼續(xù)保持存儲(chǔ) 的數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)單元。非易失性存儲(chǔ)單元只需要能夠繼續(xù)保持存儲(chǔ)的內(nèi)容，并且不限于由半 導(dǎo)體制成的存儲(chǔ)器元件本身具有非易失性的存儲(chǔ)單元。非易失性存儲(chǔ)單元可以是形成易失 性存儲(chǔ)元件以通過提供備用電源而表現(xiàn)出非易失性的存儲(chǔ)單元。攝像機(jī)控制單元900控制整個(gè)系統(tǒng)。用于攝像機(jī)控制單元900等的控制程序被存 儲(chǔ)在ROM 904中。具體地，在此例子中，用于利用攝像機(jī)控制單元900設(shè)置各種控制脈沖的 開始和結(jié)束時(shí)間的程序被存儲(chǔ)在ROM 904中。由攝像機(jī)控制單元900使用以進(jìn)行各種處理 的數(shù)據(jù)等被存儲(chǔ)在RAM 906中。諸如存儲(chǔ)卡的記錄介質(zhì)924可以被可拆卸地插入到攝像機(jī)控制單元900中。攝像
31機(jī)控制單元900可以與諸如因特網(wǎng)的通信網(wǎng)絡(luò)。例如，除了微處理器902、ROM 904和RAM 906之外，攝像機(jī)控制單元900包括存儲(chǔ)器讀出單元907和通信I/F(接口)908?；谟糜谄毓饪刂铺幚?包括電子快門控制)的來自亮度信號(hào)處理單元840的亮 度系統(tǒng)信號(hào)和各種控制脈沖的開始和結(jié)束時(shí)間，記錄介質(zhì)924用來登記使得微處理器902 進(jìn)行軟件處理的程序數(shù)據(jù)和諸如光度數(shù)據(jù)DL的收斂范圍的各種設(shè)置值的數(shù)據(jù)。存儲(chǔ)器讀出單元907將從記錄介質(zhì)924讀出的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)(安裝)在RAM906中。通 信I/F 908調(diào)節(jié)該裝置和諸如因特網(wǎng)的通信網(wǎng)絡(luò)間的通信數(shù)據(jù)交換。在這樣的成像裝置8中，將驅(qū)動(dòng)控制單元7和列處理單元8示出為與像素陣列單 元10分離的類模塊單元。然而，如關(guān)于固態(tài)成像裝置1所描述的，不用說，可以使用單芯片 的固態(tài)成像設(shè)備1，其中這些單元整體地形成在半導(dǎo)體襯底上，在該半導(dǎo)體襯底上形成了像 素陣列單元10。在圖中，除了像素陣列單元10、驅(qū)動(dòng)控制單元7、列處理單元26和攝像機(jī)信號(hào)處理 單元810之外，示出成像裝置8還包括諸如拍攝鏡頭802的光學(xué)系統(tǒng)；低通濾光器；以及紅 外線切斷過濾器805。該形式適合于具有成像功能的類模塊形式，其中在該類模塊形式中， 這些單元被集合封裝。關(guān)于固態(tài)成像設(shè)備1中的模塊，如圖所示，可以將固態(tài)成像設(shè)備1提供為具有成像 功能的類模塊形式，其中在該類模塊形式中，像素陣列單元10(成像單元)和諸如具有AD 轉(zhuǎn)換功能和差分(CDS)處理功能的列處理單元26的、與像素陣列單元10側(cè)緊密相關(guān)的信 號(hào)處理單元(除在列處理單元26的后一級(jí)處的攝像機(jī)信號(hào)處理單元)被集合封裝?？梢?在固態(tài)成像設(shè)備1的后一級(jí)處提供作為剩余信號(hào)處理單元的攝像機(jī)信號(hào)處理單元810以配 置整個(gè)成像裝置，其中固態(tài)成像設(shè)備1被提供為類模塊形式?？商鎿Q地，盡管圖中未示出，但是可以將固態(tài)成像設(shè)備1提供為具有成像功能的 類模塊形式，在該類模塊形式中，像素陣列單元10和諸如拍攝鏡頭802的光學(xué)系統(tǒng)被集合 封裝。除了將固態(tài)成像設(shè)備1提供在模塊形式中之外，可以通過將攝像機(jī)810提供在模塊 中來配置整個(gè)成像裝置8。在固態(tài)成像設(shè)備1的模塊形式中，可以包括攝像機(jī)信號(hào)處理單元810。在此情況 下，具體地，可以認(rèn)為固態(tài)成像設(shè)備1與成像裝置8是一致的。將這樣的成像裝置提供為例如具有用于進(jìn)行“成像”的攝像機(jī)和成像功能的便攜 裝置?！俺上瘛辈粌H包括在正常的攝像機(jī)拍攝期間捕獲圖像，而且包括更廣意義上的指紋檢 測等。具有這種結(jié)構(gòu)的成像裝置具有固態(tài)成像設(shè)備1的所有功能?？梢詫⒊上裱b置8的 基本結(jié)構(gòu)和操作設(shè)置得與固態(tài)成像設(shè)備1的相同。通過應(yīng)用本實(shí)施例作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)/傳送 及輸出單元256和輸出電路28，能夠解決在水平傳送中由于水平信號(hào)線18上的負(fù)載電容引 起的問題。已經(jīng)參考實(shí)施例說明了本發(fā)明。然而，本發(fā)明的技術(shù)范圍不限于實(shí)施例中所述的 技術(shù)范圍。不脫離本發(fā)明的主旨，對(duì)本發(fā)明的各種修改和改進(jìn)是可能的。通過這樣的修改 和改進(jìn)而替換或改進(jìn)的形式也被包括在本發(fā)明的技術(shù)范圍內(nèi)。實(shí)施例并不限制根據(jù)權(quán)利要求的發(fā)明。實(shí)施例中所說明的所有特性的組合并不是 總本發(fā)明的解決手段所必需的。各種相位的發(fā)明都被包括在實(shí)施例在。可以通過多個(gè)公開的要素的適當(dāng)組合而摘選各種發(fā)明。即使從實(shí)施例中所述的所有要素中刪除一些要素，只 要能獲得效果，就可以摘選從其中刪除了一些要素的要素作為發(fā)明。<電子裝置的應(yīng)用>在上述例子中，本發(fā)明應(yīng)用于對(duì)像素信號(hào)進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換和水平傳送的固態(tài)成像設(shè) 備和成像裝置。然而，AD轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)傳送的機(jī)制不僅可以應(yīng)用于固態(tài)成像設(shè)備和成像裝 置，而且可以應(yīng)用于需要?jiǎng)討B(tài)半導(dǎo)體存儲(chǔ)設(shè)備中的諸如輸入和輸出信號(hào)的傳送的各種電子
直ο本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，只要在所附權(quán)利要求或其等效物的范圍內(nèi)，依據(jù)設(shè)計(jì) 需要和其他因素，可以發(fā)生各種修改、組合、子組合和變更。相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用本發(fā)明包含與2007年5月18日在日本專利局提交的日本專利申請(qǐng) JP2007-132787相關(guān)的主題，其全部內(nèi)容被引用附于此。
3權(quán)利要求
一種固態(tài)成像設(shè)備，包括排列了單位像素的像素單元；互補(bǔ)信號(hào)生成單元，其基于從所述像素單元中的各個(gè)單位像素中讀出的模擬像素信號(hào)，生成彼此具有互補(bǔ)性的兩種互補(bǔ)信號(hào)；兩種互補(bǔ)信號(hào)線，在其上傳輸所述兩種互補(bǔ)信號(hào)；差分放大單元，其通過差分輸入來接收所述兩種互補(bǔ)信號(hào)線上的信號(hào)，并比較所述信號(hào)
2.根據(jù)權(quán)利要求1的固態(tài)成像設(shè)備，其中在所述像素單元中，以矩陣形狀排列所述單位像素，以及所述固態(tài)成像設(shè)備還包括從所述像素單元的各個(gè)單位像素中讀出模擬像素信號(hào)的垂 直掃描單元。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的固態(tài)成像設(shè)備，還包括AD轉(zhuǎn)換單元，其將從所述像素單元中的各 個(gè)單位像素中讀出的所述模擬像素信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，其中所述兩種互補(bǔ)信號(hào)是互補(bǔ)位數(shù)據(jù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的固態(tài)成像設(shè)備，其還包括互補(bǔ)信號(hào)放大單元，其放大所述兩種互補(bǔ)信號(hào)線上的各個(gè)信號(hào)，其中所述差分放大單元通過差分輸入來接收由所述互補(bǔ)信號(hào)放大單元放大的各個(gè)信號(hào)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的固態(tài)成像設(shè)備，其中所述互補(bǔ)信號(hào)放大單元具有反饋電路，該反 饋電路在用于基于放大的信號(hào)來控制所述互補(bǔ)信號(hào)線上的信號(hào)的幅度的方向上起作用。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的固態(tài)成像設(shè)備，還包括第一電平調(diào)整單元，包括下拉所述互補(bǔ)信號(hào)線的電勢的驅(qū)動(dòng)晶體管；以及 第二電平調(diào)整單元，包括上拉所述互補(bǔ)信號(hào)線的電勢的負(fù)載晶體管，其中 所述反饋電路將所述放大的信號(hào)供應(yīng)至所述負(fù)載晶體管的控制輸入端。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的固態(tài)成像設(shè)備，還包括控制以在預(yù)定范圍內(nèi)上拉所述電勢的第三 電平調(diào)整單元。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的固態(tài)成像設(shè)備，其中所述第三電平調(diào)整單元具有在所述互補(bǔ)信號(hào) 線和參考電壓之間正向連接的二極管。
全文摘要
提供了一種固態(tài)成像設(shè)備。該固態(tài)成像設(shè)備包括排列了單位像素的像素單元；互補(bǔ)信號(hào)生成單元，其基于從所述像素單元中的各個(gè)單位像素中讀出的模擬像素信號(hào)，生成彼此具有互補(bǔ)性的兩種互補(bǔ)信號(hào)；兩種互補(bǔ)信號(hào)線，在其上傳輸所述兩種互補(bǔ)信號(hào)；以及差分放大單元，其通過差分輸入來接收所述兩種互補(bǔ)信號(hào)線上的信號(hào)，并比較所述信號(hào)。
文檔編號(hào)H04N5/378GK101984653SQ20101054417
公開日2011年3月9日 申請(qǐng)日期2008年5月19日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月18日
發(fā)明者田浦忠行 申請(qǐng)人:索尼株式會(huì)社