模拟数字转换器以及图像传感器的制造方法_2

文档序号:8383431阅读:来源:国知局
,第1计数器5与基准时钟信号同步地继续进行减 计数。然后,每当输入信号与斜坡信号或S角波信号的信号电平交叉时,第1计数器5的计 数值被存储到计数值存储部8内的各个单独的寄存器7中。由此,在各寄存器7中,存储与 输入信号的信号电平大致近似的A/D转换值。
[0036] 第1计数器5进行计数动作的规定期间不论输入信号的信号电平如何,始终保持 恒定,该规定期间是对一个输入信号进行A/D转换所需的A/D转换期间。该A/D转换期间 预先被设定为恒定时间。
[0037] 第2计数器6在规定期间、即A/D转换期间内,对表示比较器3的比较结果的信号 的逻辑变化了的次数进行计数。例如,在图2的例子中,在输入信号的信号电平小时,在1 次A/D转换期间内,表示比较器3的比较结果的信号的逻辑变化11次,所W第2计数器6 的计数值为11。另外,在输入信号的信号电平大时的第2计数器6的计数值为6。
[003引运算部9输出将计数值存储部8内的各寄存器7中存储了的所有的计数值相加并 除W第2计数器6的计数值而得到的值,作为输入信号的A/D转换值。
[0039] 在本实施方式中,关于在对1个输入信号进行A/D转换的期间内通过=角波信号 进行采样的次数,没有特别规定。该是由于;在扩大动态范围(dynamicrange)时,输入信 号小时的噪声成为问题。在输入信号的信号电平大的情况下,输入信号的S/N比大,所W即 使通过=角波信号对输入信号进行许多次采样,将各采样值除W采样次数而进行平均化, S/N比也不会那么提高。
[0040] 因此,在本实施方式中,如图2所示,在输入信号大的情况下,缩短通过=角波信 号对输入信号进行采样的期间。
[0041] 与此相对地,在输入信号的信号电平小的情况下,输入信号的S/N比小,所W在本 实施方式中,如图2所示,通过=角波信号尽可能多地对输入信号进行采样,将各采样值除 W采样次数而进行平均化,从而谋求S/N比的提高。
[00创另外,在本实施方式中,不论输入信号的信号电平如何,都将一个输入信号的A/D转换处理期间设为相同。因此,根据本实施方式,能够不延长A/D转换处理时间而扩大动态 范围。
[0043] 该样,在本实施方式中,根据输入信号的信号电平,采样次数变化,所W在运算部9 内,需要进行与采样次数相符的平均化处理。
[0044]图3是示出通过C语言程序模拟了图1的模拟数字转换器1的动作而得到的仿真 结果的图。图3的横轴示出在10^3~1的范围内变化的输入信号,纵轴示出输入信号的S/ N比、图1的模拟数字转换器1的S/N比与采样次数、W及一个比较例的模拟数字转换器1 的S/N比。一个比较例的模拟数字转换器1在输入信号与斜坡信号一次交叉了的时间点, 求出A/D转换值。
[0045] 在图3中,将输入信号中包含的散粒噪声设为l(r4xy-(输入信号),将不依赖于 输入信号的热噪声设为1〇入另外,模拟数字转换器1的分辨率是16比特,=角波通过128 个时钟信号而进行上升与下降的切换。
[0046] 由图3可知,随着输入信号变小,采样次数增加,相对于一个比较例,S/N比提高了 24地。
[0047] 图4是示出基准信号发生器2的内部构成的第1例的电路图。图4的基准信号发 生器2具有基准电压选择部11W及积分器12。基准电压选择部11根据控制信号,选择第 1基准电压或第2基准电压。第1基准电压与第2基准电压均为直流电压。积分器12进行 使基准电压选择部11所选择的第1基准电压或第2基准电压与时间的经过相应地单调增 加或单调减少的积分处理,生成斜坡信号或=角波信号。积分器12所生成的斜坡信号或= 角波信号被输入到比较器3的第2输入端子。目P,比较器3将被输入到第1输入端子的输 入信号、与被输入到第2输入端子的斜坡信号或=角波信号进行比较。
[0048]积分器12具有运算放大器13、电容器14、切换部15W及阻抗元件16。运算放大 器13的非反相输入端子接地,反相输入端子经由阻抗元件16连接到基准电压选择部11。 电容器14与切换部15在比较器3的反相输入端子与输出端子之间并联连接。
[0049]首先,通过基准电压选择部11选择第1基准电压,并且断开切换部15,对电容器14进行充电,将比较器3的第2输入端子设定为斜坡信号的初始电压。之后,接通切换部 15而对电容器14进行放电。由此,第2输入端子的电压、即斜坡信号逐渐降低。
[0050]当输入信号与斜坡信号的信号电平交叉,则此次,通过基准电压选择部11选择第 2基准电压,断开切换部15。在该之后,S角波信号被输入到比较器3的第2输入端子。良P, 电容器14再次被充电,比较器3的第2输入端子的电压逐渐上升。如果输入信号与=角波 信号的信号电平交叉,则再次接通切换部15而对电容器14进行放电。由此,第2输入端子 的电压、即=角波信号逐渐降低。通过重复该样的动作,来对第2输入端子输入=角波信 号。
[0051]图5是示出基准信号发生器2的内部构成的第2例的电路图。图5的基准信号发 生器2具有电容器21、第1切换部22、第2切换部23、第3切换部24、第1电流源25W及 第2电流源26。
[0化2]电容器21与第1切换部22在比较器3的第2输入端子与接地节点之间并联连接。 第1电流源25、第2切换部23、第3切换部24W及第2电流源26在电源电压节点与接地 节点之间串联连接。在第2切换部23与第3切换部24的连接节点上,连接有比较器3的 第2输入端子。
[0化3]首先,接通第2切换部23,并且断开第1切换部22和第3切换部24,使来自第1电流源25的电流在电容器21中流过,对电容器21进行充电,将第2输入端子设定为斜坡 信号的初始电压。之后,接通第1切换部22,并且断开第2切换部23和第3切换部24,对 电容器21进行放电。由此,斜坡信号的信号电平逐渐降低。
[0054]当输入信号与斜坡信号的信号电平交叉,则再次接通第2切换部23,并断开第1切 换部22和第3切换部24,对电容器21进行充电。之后,通过交替地接通或断开第2切换部 23和第3切换部24,来对第2输入端子输入=角波信号。
[0055] 该样,在第1实施方式中,根据输入信号与斜坡信号或=角波信号的信号电平的 大小关系,对第1计数器5的计数值进行增减,每当输入信号与斜坡信号或=角波信号的信 号电平交叉时,将第1计数器5的计数值储存到计数值存储部8内的各寄存器7中,并且, 通过第2计数器6对交叉了的次数进行计数。然后,当预先确定了的A/D转换期间结束时, 将通过运算部9使各寄存器7中储存的计数值相加得到的值除W第2计数器6的计数值进 行平均化而得到的值,作为最终的A/D转换值。由此,即使在输入信号的信号电平小的情况 下,也能够不降低分辨率地进行高精度的A/D转换。
[0化6] 另外,在第1实施方式中,不论输入信号的信号电平如何,都将A/D转换期间设为 相同,所W即使输入信号较大地变动,也能够在短时间内进行A/D转换。
[0057](第2实施方式)
[005引在W下说明的第2实施方式中,从模拟数字转换器1的外部输入斜坡信号,=角波 信号在模拟数字转换器1的内部生成。
[0化9]图6是示出第2实施方式的模拟数字转换器1的主要部分的框图。在图6的模拟 数字转换器1中,基准信号发生器2的内部构成与图1不同。图6的基准信号发生器2具 有=角波生成部31W及基准信号切换部32。
[0060]在=角波生成部31中,从模拟数字转换器1的外部输入斜坡信号。=角波生成部31采用斜坡信号来生成S角波信号。
[0061]基准信号切换部32根据来自控制部4的控制信号的逻辑,选择斜坡信号与S角波 信号中的某一个并供给到比较器3的第2输入端子。更详细地说,基准信号切换部32在刚 开始A/D转换处理之后,立即选择斜坡信号,在输入信号与斜坡信号的信号电平交叉之后, 选择S角波信号。
[0062] 在图6中,虽然省略了第2计数器6、计数值存储部8W及运算部9,但与图1同样 地构成。
[0063] 图7是示出S角波生成部31的内部构成的一个例子的电路图。图7的S角波生 成部31具有连接于比较器3的第2输入端子与接地节点之间的电容器33、连接于S角波生 成部31的输入端子与第2输入端子之间的第1切换部
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