Ad轉(zhuǎn)換裝置、固態(tài)成像裝置和成像系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及模擬數(shù)字(AD)轉(zhuǎn)換裝置和包含AD轉(zhuǎn)換裝置的固態(tài)成像裝置和成像系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]在日本專利申請公開N0.2002-232291中，作為用于減小AD轉(zhuǎn)換裝置的電力消耗的技術(shù)，公開了獲得高階位(high-order bit)并此后獲得低階位(low_order bit)的兩步驟AD轉(zhuǎn)換方法。在日本專利申請公開N0.2002-232291中公開的AD轉(zhuǎn)換裝置將像素信號與階梯參照信號進行比較，并且測量直到比較器的輸出電壓反轉(zhuǎn)的計數(shù)值作為高階位。然后，使開關(guān)進入非導(dǎo)通以斷開參照信號，并且在第一電容器Cl中保持此時的參照信號的電壓。接著，通過經(jīng)由第二電容器C2在保持的電壓上疊加在步寬上比上述參照信號小的參照信號所獲得的電壓被輸入到比較器。該電壓被與像素信號比較，并且，測量直到比較器的輸出電壓反轉(zhuǎn)的計數(shù)值作為低階位。在日本專利申請公開N0.2002-232291中公開了用于以這種方式實現(xiàn)兩步驟AD轉(zhuǎn)換的技術(shù)。
[0003]在日本專利申請公開N0.2002-232291中所公開的AD轉(zhuǎn)換裝置中，通過開關(guān)切換用于供給用于獲得高階位的參照信號的信號線和用于供給用于獲得低階位的參照信號的信號線。當(dāng)通過開關(guān)切換信號線時，由開關(guān)導(dǎo)致的噪聲可能進入保持在第一電容器Cl中的信號。保持在第一電容器Cl中的信號被用作用于獲得高階位的比較信號，并因此噪聲可能導(dǎo)致轉(zhuǎn)換精度的劣化。因此，在日本專利申請公開N0.2002-232291中公開的AD轉(zhuǎn)換裝置可能在轉(zhuǎn)換精度上不足。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，提供一種被配置為將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號的模擬數(shù)字(AD)轉(zhuǎn)換裝置，包含:參照信號產(chǎn)生電路，該參照信號產(chǎn)生電路被配置為輸出其電壓隨時間改變的第一參照信號和第二參照信號；比較電路，該比較電路被配置為在所述模擬信號的電壓與所述第一參照信號的電壓之間執(zhí)行比較；控制電路，該控制電路被配置為基于所述比較來產(chǎn)生和輸出數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)；數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器，該數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器被配置為通過使用所述第二參照信號來產(chǎn)生其電壓從基于所述數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的比較基準(zhǔn)電壓隨時間改變的信號，并被配置為將所述信號輸出到比較電路；以及計數(shù)器，該計數(shù)器被配置為通過測量經(jīng)過時間來產(chǎn)生計數(shù)值。所述比較電路還被配置為在所述模擬信號的電壓與從所述數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器輸出的信號之間執(zhí)行比較。所述計數(shù)器通過測量從所述第一參照信號的電壓隨時間的變化開始時、到輸入到所述比較電路的模擬信號的電壓與第一參照信號的電壓之間的大小關(guān)系改變時的時間來獲得第一計數(shù)值。所述數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)具有基于所述第一計數(shù)值的值。
[0005]從以下參照附圖的示例性實施例的描述，本發(fā)明的進一步特征將變得清楚。
【附圖說明】
[0006]圖1是用于示出根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的AD轉(zhuǎn)換裝置的配置的示圖。
[0007]圖2是用于示出根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的AD轉(zhuǎn)換裝置的配置的示圖。
[0008]圖3是用于示出根據(jù)第二實施例的驅(qū)動定時的示圖。
[0009]圖4是用于示出根據(jù)本發(fā)明的第三實施例的AD轉(zhuǎn)換裝置的配置的示圖。
[0010]圖5是用于示出根據(jù)第三實施例的驅(qū)動定時的示圖。
[0011]圖6是用于示出根據(jù)本發(fā)明的第四實施例的AD轉(zhuǎn)換裝置的配置的示圖。
[0012]圖7是用于示出根據(jù)第四實施例的驅(qū)動定時的示圖。
[0013]圖8是用于示出根據(jù)本發(fā)明的第五實施例的驅(qū)動定時的示圖。
[0014]圖9是用于示出根據(jù)本發(fā)明的第六實施例的AD轉(zhuǎn)換裝置的配置的示圖。
[0015]圖10是用于示出根據(jù)本發(fā)明的第七實施例的固態(tài)成像裝置的配置的示圖。
[0016]圖11是用于示出根據(jù)本發(fā)明的第八實施例的成像系統(tǒng)的示圖。
【具體實施方式】
[0017]現(xiàn)在將根據(jù)附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例。在實施例的示圖中，具有相同功能的要素由相同的附圖標(biāo)記表示，并且有時省略其重復(fù)描述。
[0018](第一實施例)
[0019]圖1是用于示出根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的AD轉(zhuǎn)換裝置40的配置的示圖。根據(jù)第一實施例的AD轉(zhuǎn)換裝置40是被配置為將從諸如光電轉(zhuǎn)換元件的信號源輸入的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號的電路，并且包含參照信號產(chǎn)生電路41、比較部分42、控制電路46和計數(shù)器47。
[0020]參照信號產(chǎn)生電路41產(chǎn)生具有隨時間改變的電壓的參照信號。參照信號是用于與輸入的模擬信號的電壓比較的信號。例如，具有隨時間單調(diào)增加或減小的電壓的斜坡信號可被用作參照信號。
[0021]比較部分42是被配置為將模擬信號與參照信號進行比較并且基于比較的結(jié)果輸出信號的電路。比較部分42包含被配置為比較輸入信號電壓之間的大小關(guān)系并且輸出與比較的結(jié)果對應(yīng)的電壓的比較電路44、和數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器43(以下，稱為“DAC”)。比較電路44可由例如具有兩個輸入端子和一個輸出端子并且被配置為將一個輸入端子的電壓和另一個輸入端子的電壓與彼此進行比較并且輸出高電平和低電平中的任一個的二進制電壓信號的比較器形成。
[0022]計數(shù)器47對從參照信號的電壓開始改變的時間經(jīng)過的時間進行計數(shù)，并且將計數(shù)值輸出到控制電路46?？刂齐娐?6基于從計數(shù)器47獲得的計數(shù)值產(chǎn)生控制信號，并且將控制信號傳送到比較部分42，以由此控制比較部分42。
[0023]AD轉(zhuǎn)換裝置40執(zhí)行兩階段的AD轉(zhuǎn)換，即，執(zhí)行低分辨率轉(zhuǎn)換以獲得數(shù)字信號的高階位的第一 AD轉(zhuǎn)換和執(zhí)行高分辨率轉(zhuǎn)換以獲得數(shù)字信號的低階位的第二 AD轉(zhuǎn)換。換句話說，通過AD轉(zhuǎn)換獲得的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)是由低分辨率高階位和高分辨率低階位形成的數(shù)據(jù)。
[0024]AD轉(zhuǎn)換裝置40將輸入的模擬信號的電壓與從參照信號產(chǎn)生電路41輸出的第一參照信號的電壓進行比較，并且向控制電路46輸出指示其間的大小關(guān)系的信號。控制電路46從計數(shù)器47獲得計數(shù)值，以由此測量直到兩個信號電壓之間的大小關(guān)系反轉(zhuǎn)的時間作為第一計數(shù)值。以這種方式，執(zhí)行第一 AD轉(zhuǎn)換。
[0025]接著，基于第一計數(shù)值的控制信號被從控制電路46輸入到DAC 43。DAC 43向比較電路44輸出與至少一個子范圍對應(yīng)的DAC電壓作為指示高階位的電壓電平的比較基準(zhǔn)電壓。在這里使用的子范圍具有與第一 AD轉(zhuǎn)換中的ILSB對應(yīng)的電壓范圍。如果對于η個位執(zhí)行第一 AD轉(zhuǎn)換，那么一個子范圍的大小是可通過第一 AD轉(zhuǎn)換所轉(zhuǎn)換的模擬信號的大小的范圍的1/2η。此時，參照信號產(chǎn)生電路41輸出在相對于時間的電壓變化率上比第一參照信號小的第二參照信號。比較電路44將通過在DAC電壓上疊加第二參照信號獲得的信號與所述模擬信號進行比較，并且向控制電路46輸出指示其間的大小關(guān)系的信號。控制電路46再次從計數(shù)器47獲得計數(shù)值，以由此測量直到所述兩個信號電壓之間的大小關(guān)系反轉(zhuǎn)的時間作為第二計數(shù)值。以這種方式，執(zhí)行第二 AD轉(zhuǎn)換。
[0026]以上述方式，AD轉(zhuǎn)換裝置40對模擬信號執(zhí)行第一 AD轉(zhuǎn)換和第二 AD轉(zhuǎn)換，以由此將模擬信號轉(zhuǎn)換成第一計數(shù)值和第二計數(shù)值。第一計數(shù)值被用作高階位的數(shù)據(jù)，并且第二計數(shù)值被用作低階位的數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)被組合以獲得AD轉(zhuǎn)換之后的數(shù)字信號。
[0027]DAC 43可由諸如包含多個電容器和開關(guān)的電容型DAC以及包含多個電阻器和開關(guān)的電阻型DAC的、具有各種類型的數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換的電路形成。
[0028]如上所述，根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的AD轉(zhuǎn)換裝置40通過DAC 43產(chǎn)生比較基準(zhǔn)電壓以便將輸入的模擬信號與第二參照信號進行比較，以由此執(zhí)行AD轉(zhuǎn)換。
[0029]在本實施例中，從DAC 43供給與高階位對應(yīng)的比較基準(zhǔn)電壓，并因此不在比較基準(zhǔn)電壓上疊加由開關(guān)導(dǎo)致的噪聲。因此，噪聲的影響可減小以實現(xiàn)具有高精度的AD轉(zhuǎn)換。
[0030](第二實施例)
[0031]圖2是用于示出根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的AD轉(zhuǎn)換裝置40的配置的示圖。在本實施例中，AD轉(zhuǎn)換裝置40使用包含多個電容器和開關(guān)、更具體地體現(xiàn)第一實施例中的DAC43的配置的電容型DAC 43。在本實施例的描述中，輸入到DAC 43的參照信號被稱為“斜坡信號Ramp_A”。并且，AD轉(zhuǎn)換裝置40被配置為將輸入的模擬信號電壓Vin轉(zhuǎn)換成高階4位和低階8位的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。然而，位的數(shù)量不限于此，并且可適當(dāng)?shù)馗淖儭Ｗ⒁?，在圖2中，省略示出參照信號產(chǎn)生電路41和計數(shù)器47。
[0032]比較電路44是具有非反轉(zhuǎn)輸入端子、反轉(zhuǎn)輸入端子和輸出端子的差動輸入比較器。非反轉(zhuǎn)輸入端子經(jīng)由電容器Ci2從信號源輸入模擬信號電壓Vin，并且反轉(zhuǎn)輸入端子輸入通過在DAC電壓Vdac上疊加斜坡信號Ramp_A獲得的輸入電壓Vcom。
[0033]DAC 43是包含電容器Cl?C6和開關(guān)SI?S6的電容型數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器。開關(guān)SI?S5中的每一個是一個端子總是與電