模拟数字转换器、固态图像传感器以及电子设备的制作方法
【专利摘要】本发明提供了模拟数字转换器、固态图像传感器以及电子设备。该模拟数字转换器包括：第一比较器，被配置为进行像素电压和第一参考电压之间的比较，像素电压为从包括光电转换元件的像素输出的信号电压，像素电压与由光电转换元件产生的电荷对应；第二比较器，被配置为进行像素电压和第二参考电压之间的比较；以及电压跟随器，被配置为通过开关连接用于第一比较器的第一参考电压的输入端子和用于第二比较器的第二参考电压的输入端子。
【专利说明】模拟数字转换器、固态图像传感器以及电子设备
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2012年12月19日提交的日本在先专利申请第JP2012-277061号的权益，通过引用将其全部内容结合于此。
【技术领域】
[0003]本发明涉及模拟数字转换器、固态图像传感器以及电子设备。具体地，本技术涉及能够增加AD转换器的分辨率而不需为了增加分辨率而折衷处理时间、电路区域等也不需使图像品质劣化的模拟数字转换器、固态图像传感器以及电子设备。
[0004]本发明已经提供了固态图像传感器，其将从每一个像素输出的模拟信号转换为数
字信号。
【背景技术】
[0005]固态图像传感器通常具有为其中每一列设置的AD转换器电路。从在像素阵列的预定行设置的像素的浮动扩散器(FD)读取的信号电压(模拟信号)同时转换为在相应列的
数字信号。
[0006]在AD转换器方法中，经常使用一种称为斜面整合或斜坡信号比较的方法。在这种类型中，例如，计数过程与进行斜面形参考信号和来自像素的模拟信号之间的比较的过程并行执行；并且当比较过程完成时，基于计数值产生数字信号(例如，见日本未经审查专利申请公开第2005-278135号)。
[0007]也存在一种称为连续近似的AD转换器方法，在该方法中，在来自像素的模拟信号和使用多个电容器的参考电压之间进行振幅比较，以产生数字信号。
【发明内容】
[0008]需要图像传感器实现较高性能，并且具体地需要更准确地产生像素信号。例如，需要图像传感器，其能够扩展作为像素信号输出的数字信号的动态范围，或反映在亮度值方面更细微的变化。
[0009]为了实现这样的图像传感器，需要增加作为像素信号输出的数字信号的位数，以增加AD转换的分辨率。
[0010]然而，如果如在日本未经审查专利申请公开第2005-278135号所述，数字信号的位数通过称为斜面整合或斜坡信号比较的AD转换器方法增加，AD转换器需要的时间极度地增加。例如，如果位数增加1，用于AD转换的计数过程需要的时间加倍。这是因为参考电压与模拟信号之间的比较次数加倍。
[0011]另一方面，如果通过使用连续近似的AD转换方法将位数增加1，用于AD转换器的计数过程需要的时间不加倍。在位数方面增加I仅使在模拟信号与参考电压之间的比较次数增加I。因此，位数的增加影响处理时间至较少程度。
[0012]然而，在连续近似的AD转换方法中，每次数字信号的位数增加，必须加入具有大电容的电容器。这种电容器的加入将增加电路面积。进一步，在连续近似的AD转换方法中，需要准确地设置多个电容器之间的电容比。如果电容器之间的电容比在准确度方面有差异，则可能在图像中出现不期望的诸如纵向条痕的干扰。
[0013]由上所知，相关技术增加AD转换的分辨率，但是不期望地折衷用于增加的分辨率的处理时间、电路面积等，并且趋向于引起图像品质劣化。
[0014]鉴于上述已经提供了本发明。期望增加AD转换的分辨率而不需为了增加分辨率而折衷处理时间、电路面积等，也不会使图像品质劣化。
[0015]根据本技术的第一实施方式的模拟数字转换器包括:第一比较器，被配置为进行像素电压与第一参考电压之间的比较，像素电压为从包括光电转换元件的像素输出的信号电压，像素电压与由光电转换元件产生的电荷对应；第二比较器，被配置为进行像素电压与第二参考电压之间的比较；以及电压跟随器，被配置为通过开关连接第一比较器的用于第一参考电压的输入端子和第二比较器的用于第二参考电压的输入端子。
[0016]电压跟随器可包括第一电压跟随器和第二电压跟随器，其中，第一电压跟随器被配置为将输入至第一比较器的用于第一参考电压的输入端子的电压输出至第二比较器的用于第二参考电压的输入端子，第二电压跟随器被配置为将输入至第二比较器的用于第二参考电压的输入端子的电压输出至第一比较器的用于第一参考电压的输入端子。
[0017]第一比较器和第二比较器每个可进行多次比较。每次进行比较时，第一参考电压可减少；并且每次进行比较时，第二参考电压可增加。随着第一比较器进行比较的次数增力口，第一参考电压的减少量可减少；并且随着第二比较器进行比较的次数增加，第二参考电压的增加量可减少。
[0018]第一比较器和第二比较器每个可能进行多次比较。可进一步包括位数据确定单元，其被配置为基于由预先选择的第一比较器和第二比较器中的一个进行比较的结果，确定通过转换与像素电压对应的模拟信号而获得的数字数据的每位。
[0019]控制输出单元，被配置为基于指定预先选择的比较器的信息和从位数据确定单元输出的位数据，输出包括指定为下一次比较选中的比较器的信息的控制信号，并且可进一步包括用于控制电压跟随器的开关的开/关的控制信号。
[0020]根据本技术的第二实施方式的用于模拟数字转换器的方法包括:通过第一比较器进行像素电压与第一参考电压之间的比较，像素电压为从包括光电转换元件的像素输出的信号电压，像素电压与由光电转换元件产生的电荷对应；基于通过第一比较器进行的比较结果，通过位数据确定电路确定通过转换与像素电压对应的模拟信号而获得的数字数据的一位；通过电压跟随器将输入至第一比较器的用于第一参考电压的输入端子的电压输出至第二比较器的用于第二参考电压的输入端子；通过第二比较器进行像素电压与第二参考电压之间的比较；基于第二比较器进行比较的结果，通过位数据确定电路确定数字数据的另一位；以及通过电压跟随器将输入至第二比较器的用于第二参考电压的输入端子的电压输出至第一比较器的用于第一参考电压的输入端子。
[0021]本技术的第三实施方式提供了包括模拟数字转换器的固态图像传感器，模拟数字转换器包括:第一比较器，被配置为进行像素电压与第一参考电压之间的比较，像素电压为从包括光电转换元件的像素输出的信号电压，像素电压与由光电转换元件产生的电荷对应；第二比较器，被配置为进行像素电压与第二参考电压之间的比较；以及电压跟随器，被配置为通过开关连接第一比较器的用于第一参考电压的输入端子和第二比较器的用于第二参考电压的输入端子。
[0022]本技术的第四实施方式提供了包括固态图像传感器的电子设备，该固态图像传感器包括模拟数字转换器，模拟数字转换器包括:第一比较器，被配置为进行像素电压与第一参考电压之间的比较，像素电压为从包括光电转换元件的像素输出的信号电压，像素电压与由光电转换元件产生的电荷对应；第二比较器，被配置为进行像素电压与第二参考电压之间的比较；以及电压跟随器，被配置为通过开关连接第一比较器的用于第一参考电压的输入端子和第二比较器的用于第二参考电压的输入端子。
[0023]在第一实施方式至第四实施方式中，第一比较器进行像素电压与第一参考电压之间的比较，像素电压为从包括光电转换元件的像素输出的信号电压，像素电压与由光电转换元件产生的电荷对应；第二比较器进行像素电压与第二参考电压之间的比较；并且电压跟随器通过开关连接用于第一比较器的第一参考电压的输入端子和用于第二比较器的第二参考电压的输入端子。
[0024]根据本发明，能够增加AD转换器的分辨率而不需为了增加分辨率折衷处理时间、电路面积等也不会使图像品质劣化。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]图1是示出根据本发明的一个实施方式的固态图像传感器的实例结构的示图；
[0026]图2是示出图1的ADC电路的详细结构的实例的示图；
[0027]图3是示出了 DAC信号、另一 DAC信号以及开关信号的示图；
[0028]图4是示出了由比较器进行的比较和通过其位数据确定电路生成数字数据的方法的示图；
[0029]图5是示出了 AD转换器处理的实例的流程图；以及
[0030]图6是示出了作为根据本发明的电子设备的照相机设备的实例结构的框图。
【具体实施方式】
[0031 ] 现在，将参照附图描述本发明的实施方式。
[0032]图1是示出了根据本发明的一个实施方式的固态图像传感器的实例结构的示图。例如，在图1中示出的固态图像传感器10是CMOS图像传感器。
[0033]如图1所示，固态图像传感器10包括像素阵列13、行扫描电路16、DAC17、列ADC18、信号处理单元22、列扫描电路23以及定时控制电路24。
[0034]在像素阵列13中，单位像素12以η行Xm列的矩阵设置。像素阵列13包括水平信号线14-1至14-η和竖直信号线15-1至15_m。
[0035]每一个像素12包括光电转换元件(例如，光电二极管)、转移(transfer)晶体管、重置晶体管以及放大晶体管。转移晶体管转移由光电转换元件而获得的电荷至浮动扩散器(FD)0重置晶体管重置FD的电位。放大晶体管输出与FD的电位对应的像素信号。
[0036]晶体管的操作由行扫描电路16通过水平信号线14-1至14-η提供的信号控制。每个单元像素12可具有，例如，包括用于选择像素的选择晶体管的四个晶体管配置，而不是以上三个晶体管配置。[0037]基于行扫描电路16通过水平信号线14-1至14-η提供的信号，单位像素12将与累积在其光电转换兀件中的电荷对应的像素信号输出至竖直信号线15-1至15-m。
[0038]基于具有预定频率的主时钟，定时控制电路24将预定操作需要的时钟信号或定时信号提供至行扫描电路16和列扫描电路23。例如，定时控制电路24将用于控制像素破损操作或像素读出操作的定时信号提供至行扫描电路16和列扫描电路23。
[0039]行(竖直)扫描电路16在预定定时顺序地将用于控制像素信号的输出的信号提供至像素阵列13的竖直方向上设置的像素。
[0040]列ADC18与像素阵列的m个列一对一地对应。m个列ADC18每个都包括模拟数字转换器(ADC)电路19。竖直信号线15-1至15-m连接到ADC电路19。
[0041]ADC电路19对单位像素12通过竖直信号线15_1至15_m提供的信号(信号电压)进行相关双重抽样(CDS)处理，并且将结果信号转换为数字信号。
[0042]通过在从DAC17输出的DAC信号A或DAC信号B与信号电压之间进行比较，并且上下计数直至确定在DAC信号A或DAC信号B与信号电压之间的幅度关系，每个ADC电路19执行⑶S处理和AD转换处理。
[0043]DAC17输出DAC信号A和DAC信号B，DAC信号A是用于设置用作与下限值比较的基数的电压值的斜面波，DAC信号B是用于设置用作与上限值比较的基数的电压值的斜面波。
[0044]每个ADC电路19将AD转换的数据临时存储在相应的存储器21中，并且然后在列扫描电路23的控制下，将数据输出至信号处理单元22。
[0045]列扫描电路23使ADC电路19在预定定时连续地将存储在相应的存储器21中的数据输出至信号处理单元22。
[0046]信号处理单元22由每个存储器21提供的数据生成像素信号，例如，通过执行对数据的图像处理，并且输出像素信号。
[0047]图2是示出了图1的ADC电路19的一个的详细结构的实例的示图。
[0048]如图2所示，ADC电路19包括比较器41和比较器42。
[0049]比较器41接收像素输出(从单位像素12输出的信号电压)和DAC信号A。像素输出的电位差由电容Cl保持，然后提供至比较器41的端子41a。DAC信号A的电位差由电容器C2保持，然后提供至比较器41的端子41b。比较器41在像素输出与DAC信号A之间进行幅度的比较，并且将表示比较结果的信号输出至位数据确定电路47。
[0050]ADC电路19还包括电压跟随器43和电压跟随器44。
[0051]当开关45闭合时，电压跟随器43将电容器C2保持的电位差复制到电容器C3。当开关46闭合时，电压跟随器44将电容器C3保持的电位差复制到电容器C2。
[0052]电压跟随器是一种非反相放大器，并且从其一端子输出在其另一端子接收的电位差。
[0053]S卩，当开关45闭合时，作为至此已经施加于端子41b的相同电压施加于端子42a。类似地，当开关46闭合时，作为至此已经施加于端子42a的相同电压施加于端子41b。
[0054]基于来自控制电路48的控制信号，位数据确定电路47在比较器41的比较结果与比较器42的比较结果之间进行选择，并且基于所选择的比较结果确定位数据。位数据确定电路47然后将确定的位数据输出至存储器21和控制电路48。[0055]基于定时控制电路24提供的定时控制信号，控制电路48通过输出开关信号至其中控制开关45和开关46的开/关。
[0056]图3是示出了 DAC信号A、DAC信号B以及开关信号的示图。在图3中，水平轴表示时间；线101表示DAC信号A的波形；线102表示DAC信号B的波形；以及线103表示开关信号的波形。
[0057]如图3所示，当开始比较时，DAC信号A具有从时间t0开始电压值逐渐减少的波形。具体地，DAC信号A的电压值在时间t0减少AV/2、在时间tl减少AV/4、在时间t2减少AV/8……以及在时间tn减少AV/2n+1。
[0058]另一方面，当开始比较时，DAC信号B具有从时间t0开始电压值逐渐增加的波形。具体地，DAC信号B的电压值在时间t0增加Λ V/2、在时间tl增加Λ V/4、在时间t2增加AV/8......以及在时间tn增加AV/2n+l0
[0059]开关信号在时间t0与时间tl之间形成一个脉冲。类似地，开关信号在每个时间tl与时间t2之间、时间t2与时间t3之间等都形成一个脉冲。此后，在时间t0与时间tl之间、时间tl与时间t2之间、时间t2与时间t3之间等的周期将称作比较周期。
[0060]在每个比较周期中，比较器41或比较器42进行比较。在比较周期结束前，开关信号的脉冲输入至开关45或开关46。因此，开关45或开关46关闭(打开)。下文将描述在这时执行的电位均衡。
[0061]图4是示出了由比较器41和比较器42进行的比较和通过其位数据确定电路47生成数字数据的方法的示图。假设位数据的二进制值变小的方向是正方向。当像素电压小于参考电压时，位数据被确定为“1”，而在像素电压大于参考电压时，位数据被确定为“O”。
[0062]在图4中，水平轴表示时间，并且竖直轴表示电位差。图4示出了一种像素输出转换为5位数字数据的实例。5位数字数据的第5位由MSB表示，并且5位数字数据的第I位由LSB表示。
[0063]电容器C2和电容器C3每个预先保持Λ V，其电位差超过像素输出。即，在比较器41和比较器42进行比较之前，电容器C2和电容器C3每个保持参考电位差Λ V。
[0064]在第一比较周期TCl中，DAC信号A将电容器C2保持的电位差减少AV/2，然后，比较器41在像素输出的电压值(施加于端子41a的电压)和DAC信号A的电压值(施加于端子41b的电压)之间进行幅度比较。然后，比较器41确定像素输出的电压值大于DAC信号A的电压值。
[0065]此后，像素输出的电压将被称作像素电压，并且DAC信号A的电压或DAC信号B的电压将被称作参考电压。
[0066]基于比较结果，位数据确定电路47设置MSB (第5位)为“0”，并且将位数据“O”输出至控制电路48和存储器21。
[0067]基于位数据确定电路47的输出，控制电路48控制开关45和开关46的开/关，并且确定将在下一个 比较周期TC2中使用的比较器。因为比较器41已经基于比较结果确定像素电压大于参考电压，控制电路48闭合开关45，并且确定将在下一个比较周期中使用的比较器为比较器42。
[0068]由于开关45的闭合，电容器C3保持的电位差变为等于电容器C2保持的电位差。由上所知，电容器C2和电容器C3的电位均衡。[0069]在接下来的比较周期TC2中，DAC信号B将电容器C3保持的电位差增加AV/4，然后比较器42在像素输出的电压值(施加于端子42b的电压)和DAC信号B的电压值(施加于端子42a的电压)之间进行幅度的比较。然后，比较器42确定像素电压小于新参考电压。
[0070]因为在比较周期TCl结束之前，电容器C3保持的电位差已经变为等于电容器C2保持的电位差，所以新参考电压是比在前一个比较周期(在这种情况下，比较周期TCl)的参考电压大AV/4的电压。
[0071 ] 基于比较结果，位数据确定电路47将第4位设置为“I”，并且将位数据“I”输出至控制电路48和存储器21。
[0072]基于位数据确定电路47的输出，控制电路48控制开关45和开关46的开/关，并且确定将在下一个比较周期TC3中使用的比较器。因为比较器42已经基于比较结果确定像素电压小于参考电压，控制电路48闭合开关46，并且确定将在下一个比较周期中使用的比较器为比较器41。
[0073]由于开关46的闭合，电容器C2保持的电位差变为等于电容器C3保持的电位差。这样，电容器C2和电容器C3的电位均衡。
[0074]在下一个比较周期TC3中，DAC信号A将电容器C2保持的电位差减少AV/8，然后比较器41在像素电压和新参考电压之间之间进行幅度比较。然后，比较器41确定像素电压小于参考电压。
[0075]因为在比较周期TC2结束之前，电容器C2保持的电位差已经变为等于电容器C3保持的电位差，所以新参考电压是比前一个比较周期(在这种情况下，比较周期TC2)的参考电压小AV/8的电压。
[0076]基于比较结果，位数据确定电路47将第3位设置为“1”，并且将位数据“I”至输出控制电路48和存储器21。
[0077]基于位数据确定电路47的输出，控制电路48控制开关45和开关46开/关，并且确定将在下一个比较周期TC4中使用的比较器。因为比较器41已经基于比较结果确定像素电压小于参考电压，所以控制电路48确定将在下一个比较周期中使用的比较器为比较器41。
[0078]因为已经用于本比较周期(比较周期TC3)的比较器41也将用于下一个比较周期(比较周期TC4)，所以不必执行电位均衡。
[0079]在下一个比较周期TC4中，DAC信号A将电容器C2保持的电位差将少Λ V/16，并且然后比较器41在像素电压和新参考电压之间进行幅度比较。然后，比较器41确定像素电压大于参考电压。
[0080]因为电容器C2保持的电位差保持与前一个比较周期(在这种情况下，比较周期TC3)的电位差相同，所以新参考电压是比比较周期TC3中的参考电压小AV/16的电压。
[0081]基于比较结果，位数据确定电路47将第4位设置为“0”，并且将位数据“O”输出至控制电路48和存储器21。
[0082]基于位数据确定电路47的输出，控制电路48控制开关45和开关46开/关，并且确定将在下一个比较周期TC5中使用的比较器。因为比较器41已经基于比较结果确定像素电压大于参考电压，控制电路48闭合开关45，并且确定将在下一个比较周期中使用的比较器为比较器42。[0083]由于开关45的闭合，电容器C3保持的电位差变为等于电容器C2保持的电位差。这样，电容器C2和电容器C3的电位均衡。
[0084]在下一个比较周期TC5中，DAC信号B将电容器C3保持的电位差增加Λ V/32，并且然后比较器42在像素电压和新参考电压之间进行幅度比较。然后，比较器42确定像素电压小于参考电压。
[0085]因为在比较周期TC4结束之前，由电容器C3保持的电位差已经变为等于电容器C2保持的电位差，所以新参考电压是比前一个比较周期(在这种情况下，比较周期TC4)的参考电压小AV/32的电压。
[0086]基于比较结果，位数据确定电路47将第5位设置为“1”，并且将位数据“I”输出至控制电路48和存储器21。
[0087]由上所知，当确定像素电压大于参考电压时，位数据确定电路47将位数据设置为“O” ；当确定像素电压小于参考电压时，位数据确定电路47将位数据设置为“I”。
[0088]在第一比较周期中，控制电路48通常促使位数据确定电路47选择比较器41进行的比较结果。在下一个比较周期中，控制电路48基于比较结果确定要选择的比较器。
[0089]S卩，当基于通过比较器41进行的比较结果输出位数据“O”时，确定将在下一个比较周期中使用的比较器为比较器42。相反，当基于通过比较器41进行的比较结果输出位数据“I”时，确定将在下一个比较周期中使用的比较器为比较器41。
[0090]另一方面，当基于由比较器42进行的比较结果输出位数据“I”时，确定将在下一个比较周期中使用的比较器为比较器41。相反，当位数据“O”基于由比较器42进行的比较结果输出时，确定将在下一个比较周期中使用的比较器为比较器42。
[0091]应注意，控制电路48将包括指定将在下一个比较周期中使用的比较器的信息的控制信号提供给位数据确定电路47。例如，这个控制信号的初始值包括指定比较器41的信息。因此，基于从位数据确定电路47输出的位数据和指定包含在通过控制电路48输出的控制信号中的比较器的信息，控制电路48确定将在下一个比较周期中使用的比较器。
[0092]根据用于本比较周期的比较器和将用于下一个比较周期的比较器，控制电路48还控制开关45或开关46的开/关。例如，如果用于本比较周期的比较器是比较器41，并且将用于下一个比较周期的比较器是比较器42，则控制电路48打开开关45并且关闭开关46。相反，如果用于本比较周期的比较器是比较器42，并且将用于下一个比较周期的比较器是比较器41，控制电路48打开开关46并且关闭开关45。例如，通过提供至其的控制信号，控制电路48控制开关45和开关46的开/关。
[0093]由上所知，在像素电压和参考电压之间进行幅度比较，并且然后基于比较结果设置5位数字数据的每位。因此，可增加AD转换器的分辨率而不显著地增加用于AD转换器的时间。
[0094]经常使用称为斜面整合或斜坡信号比较的传统AD转换器方法的方法。在这种方法中，例如，计数过程与比较斜面形状参考信号和来自像素的模拟信号的过程同时执行；并且当比较过程完成时，基于计数值产生数字信号。
[0095]然而，如果数字信号的位数通过称为斜面整合或斜坡信号比较的AD转换器方法增加，AD转换器所需要的时间极度地增加。例如，如果位数增加1，用于执行在D阶段周期用于AD转换器的计数过程需要的时间至少加倍。[0096]例如，如果5位数字数据变为6位数字数据，由数字数据表示的值数从O至31增加到O至63。即，针对5位数字数据，通过将斜坡信号电平(参考电压)改变为32个等级并且将每个等级与像素电压进行比较，可进行AD转换。另一方面，针对6位数字数据，除非将斜坡信号(参考电压)的电平改变为64个等级然后将每个等级与像素电压进行比较，否则不能进行AD转换。
[0097]由上所知，因为数字数据的位数增加，所以针对AD转换器需要的时间极度地增加。称为连续近似的方法是能够防止这种倍数增加的方法。在连续近似的AD转换方法中，通过在来自像素的模拟信号和使用多电容器的参考电压之间进行幅度比较并且基于比较结果产生数字数据，实现AD转换。
[0098]具体地，电容器以电容比是两倍、4倍、8倍、16倍等的方式平行地设置；与由这些电容器保持的电位差对应的电压用作参考电压；并且在像素电压和参考电压之间进行比较。
[0099]如果5位数字数据使用连续近似的AD转换方法转换为6位数字数据，具有32倍电容比的电容器加入至电路，并且加入在加入的电容器的参考电压和像素电压之间进行比较的过程。因此，即使当位数从5增加至6时，比较的数目仅增加I。因此，防止在与数字数据位数增加相关联的AD转换所需时间的极度增加。
[0100]然而，在连续近似的AD转换方法中，每次数字数据的位数增加时，必须加入具有大电容的电容器。因为在电路上，具有更大电容的电容器使用更大区域，所以位数增加将显著地增加ADC电路的区域。
[0101]进一步，在连续近似的AD转换器方法中，需要准确地设置电容器之间的电容比。如果电容器之间的电容 比在准确度方面有差异，在图像中可能出现不期望的诸如纵向条痕的干扰。
[0102]另一方面，与连续近似的AD转换方法不同，本发明不必设置多个电容器。因此，SP使当位数增加时，也将防止ADC电路面积的增加。进一步，由在电容器之间的电容比的准确度方面的差异引起的干扰将不出现。进一步，因为不同于称为斜面整合或斜坡信号比较的AD转换器方法，本技术不通过计数确定位数据，所以即使当位数增加时，比较次数将不显著地增加。
[0103]因此，根据本发明，可以增加AD转换器的分辨率而不会为了增加分辨率而折衷处理时间、电路区域等，也不会降级图像品质。
[0104]接下来，参照图5的流程图，将描述由根据本发明的ADC电路19执行的AD转换过程的实例。
[0105]在步骤S21，DAC信号A减少电容器C2保持的电位差。因此，改变参考电压。
[0106]在步骤S22，比较器41在像素电压与参考电压之间进行幅度比较。
[0107]在步骤S23，位数据确定电路47确定像素电压是否小于参考电压。
[0108]如果在步骤S23中确定像素电压小于参考电压，则过程进行至步骤S24.[0109]在步骤S24，位数据确定电路47将位数据设置为“I”。
[0110]在步骤S25，确定该位是否是最后的位。如果确定该位不是最后的位，则过程返回至步骤S21。
[0111]如果在步骤S23确定像素电压不小于参考电压，则过程进行至步骤S26。[0112]在步骤S26，位数据确定电路47将位数据设置为“O”。
[0113]在步骤S27，控制电路48打开开关45并且关闭开关46，以均衡电位。S卩，电容器C3保持的电位差变为等于电容器C2保持的电位差。
[0114]在步骤S28，确定该位是否是最后的位。如果确定该位不是最后的位，则过程进行至步骤S29。
[0115]在步骤S29，DAC信号B增加电容器C3保持的电位差。因此，改变参考电压。
[0116]在步骤S30，比较器42在像素电压与参考电压之间进行幅度比较。
[0117]在步骤S31，位数据确定电路47确定像素电压是否小于参考电压。
[0118]如果在步骤S31确定像素电压不小于参考电压，则过程进行至步骤S32。
[0119]在步骤S32，位数据确定电路47将位数据设置为“O”。
[0120]在步骤S33，确定该位是否是最后的位。如果确定该位不是最后的位，则过程返回至步骤S29。
[0121]如果在步骤S31确定像素电压小于参考电压，过程进行至步骤S34。
[0122]在步骤S34，位数据确定电路47将位设置数据为“I”。
[0123]在步骤S35，控制电路48打开开关46并且关闭开关45，以均衡电位。S卩，电容器C2保持的电位差变为等于电容器C3保持的电位差。
[0124]在步骤S36，确定该位是否是最后的位。如果确定该位不是最后的位，过程返回至步骤S21。
[0125]如果在步骤S25、步骤S28、步骤S33或步骤S36确定该位是最后的位，则过程结束。
[0126]这样，进行AD转换过程。
[0127]图6是示出了作为根据本发明的电子设备的照相机设备的实例结构的框图。
[0128]图6的照相机设备600包括:包括透镜等的光学单元601、固态图像传感器(成像装置)602以及用作照相机信号处理电路的DSP电路603。照相机设备600也包括:帧存储器604、显示器单元605、记录单元606、操作单元607以及电源单元608。DSP电路603、帧存储器604、显示器单元605、记录单元606、操作单元607以及电源单元608通过总线609连接在一起。
[0129]光学单元601接收来自物体的入射光(图像光)，并且在固态图像传感器602的成像表面上形成图像。固态图像传感器602将通过光学单元601在成像表面上形成图像的入射光的量转换为基于像素的电信号，并且输出电信号为像素信号。根据本实施方式，固态图像传感器602可以是CMOS图像传感器(固态图像传感器10)。
[0130]显示器单元605是例如，诸如液晶面板或有机电荧光(EL)面板的平板显示器装置，并且显示由固态图像传感器602获取的动态图像或静止图像。记录单元606将固态图像传感器602获取的动态图像或静止图像记录在诸如录影带或数字化视频光盘(DVD)的记录介质上。
[0131]操作单元607基于用户的操作发布与照相机设备600的各种功能有关的操作说明。电源单元608根据需要将电供应给DSP电路603、帧存储器604、显示器单元605、记录单元606以及操作单元607。
[0132]本技术适用于检测入射可见光的量的分配并且形成图像的固态图像传感器，适用于检测入射的红外线、X射线、微粒等的量的分配且形成图像的固态图像传感器，以及从广义来说的固态图像传感器(物理量分配检测器)，诸如指纹检查传感器，其检测诸如压力或电容的其他物理量的分配并且形成图像。
[0133]应注意，在本说明书中描述的一系列过程包括以时间序列的方式按其描述的顺序执行的过程，以及不以时间序列方式而是平行地或独立地执行的过程。
[0134]本发明的实施方式不限于以上实施方式，并且在没有偏离本发明的精神和范围的情况下，可对其进行各种改变。
[0135]本技术可能被配置为如下:
[0136](I) 一种模拟数字转换器，包括:第一比较器，被配置为进行像素电压与第一参考电压之间的比较，像素电压为从包括光电转换元件的像素输出的信号电压，像素电压与由光电转换元件产生的电荷对应；第二比较器，被配置为进行在像素电压与第二参考电压之间的比较；以及电压跟随器，被配置为通过开关连接用于第一比较器的第一参考电压的输入端子和用于第二比较器的第二参考电压的输入端子。
[0137]( 2 )根据(I)的模拟数字转换器，其中，电压跟随器包括第一电压跟随器和第二电压跟随器，其中，第一电压跟随器被配置为将输入至第一比较器的用于第一参考电压的输入端子的电压输出至第二比较器的用于第二参考电压的输入端子，第二电压跟随器被配置为将输入至第二比较器的用于第二参考电压的输入端子的电压输出至第一比较器的用于第一参考电压的输入端子
[0138]( 3 )根据(I )或(2 )的模拟数字转换器，其中，第一比较器和第二比较器每个进行多次比较，并且其中，每次进行比较时，第一参考电压减少，并且每次进行比较时，第二参考电压增加，并且其中，随着第一比较器进行的比较的次数增加，所以第一参考电压的减少量减少，同时，随着第二比较器进行的比较的次数增加，所以第二参考电压的增加量减少。
[0139](4)根据(I)至(3)任一项的模拟数字转换器，其中，第一比较器和第二比较器每个进行多次比较，进一步包括位数据确定单元，其被配置为基于由预先选择的第一比较器和第二比较器中的一个进行比较的结果，确定通过转换与像素电压对应的模拟信号而获得的数字数据的每位。
[0140](5)根据(4)的模拟数字转换器，进一步包括:控制输出单元，被配置为基于指定预先选择的比较器的信息和从位数据确定单元输出的位数据，输出包括指定为下次比较选中的比较器的信息的控制信号，和用于控制电压跟随器的开关的开/关的控制信号。
[0141](6) 一种用于模拟数字转换器的方法，包括:通过第一比较器进行像素电压与第一参考电压之间的比较，像素电压为从包括光电转换元件的像素输出的信号电压，像素电压与由光电转换元件产生的电荷对应；基于第一比较器进行比较的结果，通过位数据确定电路确定通过转换与像素电压对应的模拟信号而获得的数字数据的一位；通过电压跟随器将输入至第一比较器的用于第一参考电压的输入端子的电压输出至第二比较器的用于第二参考电压的输入端子；通过第二比较器进行像素电压与第二参考电压之间的比较；基于第二比较器进行比较的结果，通过位数据确定电路确定数字数据的另一位；以及通过电压跟随器将输入至第二比较器的用于第二参考电压的输入端子的电压输出至第一比较器的用于第一参考电压的输入端子。
[0142](7) —种包括模拟数字转换器的固态图像传感器，模拟数字转换器包括:第一比较器，被配置为进行像素电压与第一参考电压之间的比较，像素电压为从包括光电转换元件的像素输出的信号电压，像素电压与由光电转换兀件产生的电荷对应；第二比较器，被配置为进行像素电压与第二参考电压之间的比较；以及电压跟随器，被配置为通过开关连接第一比较器的用于第一参考电压的输入端子和第二比较器的用于第二参考电压的输入端子。
[0143](8) —种包括固态图像传感器的电子设备，该固态图像传感器包括模拟数字转换器，该模拟数字转换器包括:第一比较器，被配置为进行像素电压与第一参考电压之间的比较，像素电压为从包括光电转换元件的像素输出的信号电压，像素电压与由光电转换元件产生的电荷对应；第二比较器，被配置为进行在像素电压与第二参考电压之间的比较；以及电压跟随器，被配置为通过开关连接第一比较器的用于第一参考电压的输入端子和第二比较器的用于第二参考电压的输入端子。
[0144]本领域中的技术人员应理解，根据设计需求以及其它因素只要它们在所附权利要求或者其等价物范围内，可进行不同的修改、组合、子组合以及变更。
【权利要求】
1.一种模拟数字转换器,包括: 第一比较器，被配置为进行像素电压与第一参考电压之间的比较，所述像素电压为从包括光电转换元件的像素所输出的信号电压，所述像素电压与由所述光电转换元件产生的电荷对应； 第二比较器，被配置为进行所述像素电压与第二参考电压之间的比较；以及 电压跟随器，被配置为通过开关连接所述第一比较器的用于所述第一参考电压的输入端子和所述第二比较器的用于所述第二参考电压的输入端子。
2.根据权利要求1所述的模拟数字转换器，其中， 所述电压跟随器包括第一电压跟随器和第二电压跟随器，所述第一电压跟随器被配置为将输入至所述第一比较器的用于所述第一参考电压的所述输入端子的电压输出至所述第二比较器的用于所述第二参考电压的所述输入端子，所述第二电压跟随器被配置为将输入至所述第二比较器的用于所述第二参考电压的所述输入端子的电压输出至所述第一比较器的用于所述第一参考电压的所述输入端子。
3.根据权利要求1所述的模拟数字转换器， 其中，每个所述第一比较器和所述第二比较器进行多次比较，以及 其中，每次进行比较时，所述第一参考电压减少；并且每次进行比较时，所述第二参考电压增加，以及 其中，随着所述第一比较器进行比较的次数增加，所述第一参考电压的减少量减少；以及随着所述第二比较器进行比较的次数增加，所述第二参考电压的增加量减少。
4.根据权利要求1所述的模拟数字转换器，其中， 每个所述第一比较器和所述第二比较器进行多次比较，进一步包括: 位数据确定单元，被配置为基于由预先选择的所述第一比较器和所述第二比较器中的一个进行比较的结果，确定通过转换与所述像素电压对应的模拟信号而获得的数字数据的每位。
5.根据权利要求4所述的模拟数字转换器，进一步包括: 控制输出单元，被配置为基于指定所述预先选择的比较器的信息和从所述位数据确定单元输出的位数据，输出包括指定为下一次比较选中的比较器的信息的控制信号，和用于控制所述电压跟随器的所述开关的开/关的控制信号。
6.一种用于模拟数字转换的方法，包括: 通过第一比较器进行像素电压与第一参考电压之间的比较，所述像素电压为从包括光电转换元件的像素所输出的信号电压，所述像素电压与由所述光电转换元件产生的电荷对应； 基于所述第一比较器进行的比较的结果，通过位数据确定电路确定通过转换与所述像素电压对应的模拟信号而获得的数字数据的一位； 通过电压跟随器将输入至所述第一比较器的用于所述第一参考电压的输入端子的电压输出至第二比较器的用于第二参考电压的输入端子； 通过所述第二比较器进行所述像素电压与所述第二参考电压之间的比较； 基于所述第二比较器进行的比 较的结果，通过所述位数据确定电路确定所述数字数据的另一位；以及通过所述电压跟随器将输入至所述第二比较器的用于所述第二参考电压的所述输入端子的电压输出至所述第一比较器的用于所述第一参考电压的所述输入端子。
7.一种包括模拟数字转换器的固态图像传感器，所述模拟数字转换器包括: 第一比较器，被配置为进行像素电压与第一参考电压之间的比较，所述像素电压为从包括光电转换元件的像素输出的信号电压，所述像素电压与由所述光电转换元件产生的电荷对应； 第二比较器，被配置为进行所述像素电压与第二参考电压之间的比较；以及 电压跟随器，被配置为通过开关连接用于所述第一比较器的所述第一参考电压的输入端子和用于所述第二比较器的所述第二参考电压的输入端子。
8.根据权利要求7所述的固态图像传感器，其中， 所述电压跟随器包括第一电压跟随器和第二电压跟随器，所述第一电压跟随器被配置为将输入至所述第一比较器的用于所述第一参考电压的所述输入端子的电压输出至所述第二比较器的用于所述第二参考电压的所述输入端子，所述第二电压跟随器被配置为将输入至所述第二比较器的用于所述第二参考电压的所述输入端子的电压输出至所述第一比较器的用于所述第一参考电压的所述输入端子。
9.一种包括固态图像传感器的电子设备，所述固态图像传感器包括模拟数字转换器，所述模拟数字转换器包括: 第一比较器，被配置为进行像素电压与第一参考电压之间的比较，所述像素电压为从包括光电转换元件的像素输出的信号电压，所述像素电压与由所述光电转换元件产生的电荷对应； 第二比较器，被配置为进行所述像素电压与第二参考电压之间的比较；以及 电压跟随器，被配置为通过开关连接所述第一比较器的用于所述第一参考电压的输入端子和所述第二比较器的用于所述第二参考电压的输入端子。
10.根据权利要求9所述的电子设备，其中， 所述电压跟随器包括第一电压跟随器和第二电压跟随器，所述第一电压跟随器被配置为将输入至所述第一比较器的用于所述第一参考电压的所述输入端子的电压输出至所述第二比较器的用于所述第二参考电压的所述输入端子，所述第二电压跟随器被配置为将输入至所述第二比较器的用于所述第二参考电压的所述输入端子的电压输出至所述第一比较器的用于所述第一参考电压的所述输入端子。
【文档编号】H04N5/3745GK103888691SQ201310683184
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2013年12月12日 优先权日:2012年12月19日
【发明者】大隈桂二 申请人:索尼公司