专利名称：数模转换器电路、固态成像器件以及成像装置的制作方法
数模转换器电路、固态成像器件以及成像装置
本发明涉及生成斜坡信号的数模转换器电路、固态成像器件以及成像装置。
賴駄
在很多电子设备中使用了将数字信号转换为模拟信号的数模(D/A)转换器装置。
例如，在成像装置中使用了 MOS (金属氧化物半导体)型和CMOS(互补金属氧化物半导体)型或者检测光的CCD (电荷耦合器件)型的半导体器件。成像装置是利用像素将光分布转换并读出为电信号的装置。
此外，在CMOS型成像装置之中存在放大型成像装置，该放大型成像装置包括具有有源像素传感器(APS)的像素，这些传感器具有用于像素信号生成部分中的放大的驱动晶体管，像素信号生成部分根据电荷生成部分中生成的信号电荷来生成像素信号。
在成像装置中，对其中布置了多个单元像素的像素单元执行地址控制，来自各个单元像素的信号被任意选择，从而由各个单元像素输出的像素信号被读出。
例如，在单位像素以矩阵形式排列的地址型成像器件中，这些像素包括有源元件，这些有源元件具有用于它们自身的放大功能的MOS结构(MOS晶体管)等。也就是说，作为光电转换元件的光电二极管中积累的信号电荷(光电子)被有源元件放大，并且输出为像素信号。
从像素单元读出的模拟像素信号一般被模数(A/D)转换器装置转换为数字信号并且输出。
考虑到电路尺寸、处理速度、分辨率等，存在像素信号的各种A/D转换系统。例如，A/D转换系统之一是如下的方法将模拟像素信号与参考信号作比较，对比较所必需的时间进行计数，并且基于比较处理完成时的
计数值将模拟像素信号转换为数字信号。这样的A/D转换系统被称为单斜
率(single-slope)积分型或斜坡(ramp)信号比较型。
作为使用A/D转换系统的成像器件，例如，存在JP-A-2000-l52082、 td a一onm o"，oi壬n td—a—onrv7_《oooi出S /入坏的i^"^
一r"v一"v/v"一aj"a乂 i ,i mi 一^r"k一"vv/ /一*/乂乂乂1i //| ^ 乂 i n j j人,l、 o
在A/D转换系统中，参考信号是单调改变的锯齿信号(斜坡信号)， 并且D/A转换器电路可用于生成斜坡信号。
发明内容
在上述单斜率积分型A/D转换系统中，可以通过改变要被供应至比较 器电路的参考信号的梯度来对模拟像素信号进行增益调整，其中比较器电 路将模拟像素信号与参考信号作比较。
然而，即使如上所述地通过控制参考信号的梯度来进行增益调整，生 成参考信号开始电压的D/A转换器电路的电流源配置也是固定的，并且因 此在具有高增益时段的扩展P阶段范围的设计中，在低增益时段的P阶段 范围中导致了冗余。
也就是说，在低增益时段中，存在如下缺点电流源的漏-源电压由于 不必要增加的输出幅度而未被充分确保，并且参考信号中斜坡波形的模拟 特性变得恶化。
因此，希望提供改善了参考信号中斜坡波形的模拟特性的D/A转换器 电路、固态成像器件以及成像装置。
根据本发明的一个实施例的一种数模转换器电路包括第一数模转换部 分以及第二数模转换部分，该第一数模转换部分响应于数字输入信号的值 而获得模拟输出信号，该第二数模转换部分响应于外部输入的数字增益控 制输入信号的值而生成控制信号，其中第一数模转换部分基于用于控制第 二数模转换部分的数字增益控制输入信号，来调整模拟输出信号的开始电 压或结束电压。
根据本发明的另一实施例的一种固态成像器件包括像素单元，该像
素单元具有多个像素并且输出模拟像素信号；数模转换器电路，该数模转换器电路生成具有预定初始电压和固定梯度的斜坡信号；以及模数转换器 单元，该模数转换器单元将由像素单元输出的模拟像素信号与由数模转换 器电路生成的斜坡信号作比较，并且基于比较时间来数字地转换模拟像素
信号，其中数模转换器电路具有响应于数字输入信号的值而获得模拟输出
性总66裕一新士贫灶说加ai、1 TP;rn^r^工胁今.袖兴扮生il絡x栏总的估TRT並但措 ir *7 ;jyt'i天"T7];A:口iJ乂j tiA^"n/二 j 3yt丁"-曰皿]工ip'jifl'j/、 i口 7 uj uanu a^vnr'i大
拟增益控制输出信号的第二数模转换部分，并且基于控制第二数模转换部
分的数字增益控制输入信号来调整第一数模转换部分的开始电压或结束电压。
根据本发明的另一实施例的一种成像装置包括固态成像器件以及光学 系统，该固态成像器件具有多个像素，该光学系统将来自拍摄对象的光聚 焦到固态成像器件的像素上，其中固态成像器件包括像素单元，该像素
单元具有多个像素并且输出模拟像素信号；数模转换器电路，该数模转换 器电路生成具有预定初始电压和固定梯度的斜坡信号；以及模数转换器单 元，该模数转换器单元将由像素单元输出的模拟像素信号与由数模转换器 电路生成的斜坡信号作比较，并且基于比较时间来数字地转换模拟像素信 号，并且数模转换器电路具有响应于数字输入信号的值而获得模拟输出信 号的第一数模转换部分以及响应于数字增益控制输入信号的值而获得模拟 增益控制输出信号的第二数模转换部分，并且基于控制第二数模转换部分 的数字增益控制输入信号来调整第一数模转换部分的开始电压或结束电 压。
根据本发明的这些实施例，可改善参考信号中斜坡波形的模拟特性。
图l是示出根据本发明的一个实施例的CMOS传感器的配置示例的框图。
图2A到图2F是CMOS传感器的操作的定时图。
图3A和图3B是示出参考信号生成器电路的配置示例的框图。
图4A和图4B示出增益设置和斜坡信号的波形。
图5A和图5B示出D/A转换器电路的配置的示例。图6A和图6B示出当斜坡信号的初始电压被控制电路控制时斜坡波形 的示例。图7是用于说明控制电路工作时参考信号生成器电路的操作示例的流 程图。图8是示出成像装置的配置的示例的框图。
具体实施方式
在下文中，将说明根据本发明的一个实施例的CMOS传感器100。 图1是示出根据本发明的该实施例的CMOS传感器100的配置示例的 框图。如图l所示，CMOS传感器100具有定时控制单元1、垂直扫描电路 2、像素阵列3、参考信号生成器电路4、列A/D (模数)转换器单元5和 水平转移扫描(horizontal transfer scan)电路6。像素阵列3与本发明的一个实施例的像素单元相对应。 参考信号生成器电路4与本发明的该实施例的数模连接器电路相对应。列A/D转换器单元5与本发明的该实施例的模数转换器单元相对应。 定时控制单元1具有逻辑控制电路、PLL电路(CLK划分器 (divider))、定时控制电路、通信接口等，并且主时钟从外部电路(未示出)供应至定时控制单元l。定时控制单元1输出用于控制CMOS传感器100的各个组件的控制信号和时钟信号。垂直扫描电路2包括垂直解码器21和垂直驱动电路22，并且根据来 自定时控制单元1的控制信号利用预定定时来依次控制布置在像素阵列3 的垂直方向的像素，以输出像素信号。例如，当预定行中的像素从像素阵列3的像素中被抽取(thin)并且 像素信号从剩余行中的像素输出时，垂直解码器21生成并且提供用于选 择向垂直驱动电路22输出像素信号的行的信号。垂直驱动电路22生成并且将用于驱动像素阵列3的像素的控制信号，即选择信号、复位信号和触发信号供应至像素阵列3。
像素阵列3具有横纵方向上数目为mXn的像素31_11到31_mn， n个 行控制线32—1到32—n,以及m个垂直信号线33—1到33—m。注意，m和 n是正整数。
像素3i_il到3i—mn经由行控制线32—1到32—n连接到垂直扫描电路 2，并且经由垂直信号线33_1到33—m连接到列A/D转换器单元5。
例如，像素31_11到31_mn被布置成遵循Bayer排列(Bayer arrangement)，以便接收三种颜色(RGB)的光，并且根据从垂直扫描电 路2经由行控制线32一1到32一n供应的控制信号来向垂直信号线33一1到 33_!11输出像素信号。
在像素阵列3中，不仅作为用于接纳图像的可用区域的可用图像区 域，而且用于提供光学黑体(optical black)的基准像素区域被设置在可用 图像区域周围。
作为示例，用于提供光学黑体的几行(例如一到十行)基准像素被布 置在垂直列方向的上下部分，此外，用于提供光学黑体的基准像素中的几 个像素到几十个像素(例如三到四十个像素)被布置在包含可用图像区域 的水平行的左右部分。
至于用于提供光学黑体的基准像素，其光接收表面侧被屏蔽了光，从 而光不可进入具有光电二极管等的电荷生成部分。来自基准像素的像素信 号被用作视频信号中的黑基准。
参考信号生成器电路4基于从定时控制单元1供应的用于控制增益和 偏移的控制信号和预定频率的时钟信号，来生成其中电压以固定梯度从预 定初始电压下降的参考信号(斜坡信号)。
稍后将描述参考信号生成器电路4的细节。
参考信号生成器电路4向列A/D转换器单元5供应所生成的参考信号。
列A/D转换器单元5包括电压比较部分51、 A/D转换部分52和灵敏 度放大部分53。
电压比较部分51具有m个比较器51 1到51 m。
8像素信号分别经由垂直信号线33—1到33—m从像素31_11到3Lmn供应至比较器51—1到51一m，并且斜坡信号从参考信号生成器电路4供应至比较器51—1到51一m。
比较器51—1到51—m将经由垂直信号线33_1到33—m供应的像素信号与从参考信号生成器电路4供应的斜坡信号作比较，并且将表示比较结果的比较结果信号供应至A/D转换部分52。
也就是说，比较器51_1将经由垂直信号线33_1从第一列的像素31_11到31—ln依次供应的像素信号与从参考信号生成器电路4供应的斜坡信号作比较。然后，比较器将产生的比较结果信号供应至A/D转换部分52的A/D转换器52一1 。
类似于比较器51_1，比较器51_2将经由垂直信号线33一2供应的像素信号与斜坡信号之间的比较所产生的比较结果信号供应至A/D转换部分52的A/D转换器52_2。
类似地，如下，比较器51_m将经由垂直信号线33_m供应的像素信号与斜坡信号之间的比较所产生的比较结果信号供应至A/D转换部分52的A/D转换器52—m。
A/D转换部分52具有m个A/D转换器52一1到52_m。
比较结果信号分别从电压比较部分51的比较器51_1到51—m供应至A/D转换器52一1到52—m。
A/D转换器52—1到52一m中的每一个都包括锁存器(latch)和多个TFF (反转触发器)(例如13个TFF)，并且以依照TFF数目的比特数目输出像素数据。
也就是说，比较结果信号从比较器51—1到51一m供应至A/D转换器52_1到52_m，并且预定频率的计数器时钟信号和预定控制信号从定时控制单元1供应至A/D转换器52_1到52_m。
然后，A/D转换器52一1到52一m根据从比较器51一1到51—m供应的比较结果信号和从定时控制单元1供应的控制信号来对从定时控制单元1供应的计数器时钟信号进行计数。从而，转换器对从像素阵列3的像素31 11到31 mn输出的模拟像素信号进行A/D转换，并且输出所产生的像l-门
素数据。
灵敏度放大部分53具有多个放大器(数目与TFF的数目相对应)， 放大从A/D转换部分52输出的像素数据，并且将数据输出至在经由定时 控制单元1的下游的图像处理电路等。
/K丁符々夕:a畑 BiW O只S /J、丁附V^研Ol〗U/J、丁犯^) PBltfl" OZ。 水平转移扫描电路6根据来自定时控制单元1的控制信号利用预定的
定时依次控制布置在列A/D转换器单元5的水平方向上的多个A/D转换器 52_1到52—m，以输出像素数据。
当预定列中的像素被抽取并且像素数据从剩余列中的像素输出时，水 平解码器61生成并且提供用于选择向水平驱动电路62输出像素信号的列 的信号。
水平驱动电路62生成用于驱动预定列的控制信号。 接下来，参考图2A到图2F，将说明CMOS传感器100的操作示例。 图2A到图2F是CMOS传感器100的操作的定时图。 图2A示出从像素阵列3的像素31输出的像素信号。 图2B示出由参考信号生成器电路4输出的斜坡信号。 图2C示出由电压比较部分51输出的比较结果信号。 图2D示出在A/D转换部分52的递增计数(count-up)和递减计数 (count-down)之间的信号切换。
图2E示出由定时控制单元1输出的计数器时钟信号。 图2F示出由A/D转换部分52输出的计数器输出信号。 如图2A所示，像素阵列3的像素31响应于从垂直扫描电路2供应的 控制信号、在复位信号A/D转换时段(预充电阶段P阶段)中根据预定 基准电位来输出像素信号(复位成分)。此外，该像素在数据信号A/D转 换时段(数据阶段D阶段)中根据与光探测器(未示出)的收到光i相 对应的电荷来输出像素信号(数据成分)。
如图2B所示，参考信号生成器电路4输出其中电压以固定梯度从预 定初始电压下降的斜坡信号。在斜坡信号中，电压相应于复位信号A/D转 换时段下降的时段比电压相应于数据信号A/D转换时段下降的时段更长。
10如图2C所示，电压比较部分51比较像素信号和斜坡信号(的电 压)，并且如果像素信号等于或大于斜坡信号，则高电平比较结果信号被 输出，如果像素信号小于斜坡信号，则低电平比较结果信号被输出。
也就是说，如果斜坡信号的电压以固定梯度下降，则当斜坡信号和像
表佶县^H笙时.由R 卜k钫部^VS1 W AA莴由平至lWFf由平的fSR千GrandHrm、
来输出比较结果信号。
如图2D所示，递增计数和递减计数之间的信号切换从定时控制单元 1供应至A/D转换部分52。递增计数和递减计数之间的信号切换当斜坡信 号的电压在P阶段的时段中以固定梯度下降(P阶段倾斜)时处于低电 平，并且当斜坡信号的电压在D阶段的时段中以固定梯度下降(D阶段倾 斜)时处于高电平。
定时控制单元1将如图2E所示的预定频率的计数器时钟信号，例如 500 MHz的高速计数器时钟信号供应至A/D转换部分52。
如图2F所示，A/D转换部分52对计数器时钟信号进行计数并且输出 像素数据。
也就是说，如果递增计数和递减计数之间的信号切换是低电平，则 A/D转换部分52处于递减模式。A/D转换部分52在斜坡信号的电压在P 阶段中开始下降时开始递减计数，并且保持通过计数获得的计数值(复位 信号计数)直到比较结果信号产生从高电平到低电平的跃迁的时候为止。
随后，递增计数和递减计数之间的信号切换产生从低电平到高电平的 跃迁，并且A/D转换部分52转入递增模式。然后，A/D转换部分52在斜 坡信号的电压在D阶段中开始下降时开始递增计数，并且获取通过计数获 得的计数值(数据信号计数)直到比较结果信号产生从高电平到低电平的 跃迁的时候为止。最后，A/D转换部分52将作为与复位信号计数的差异的 计数值输出为像素数据。
接下来，将说明参考信号生成器电路4的细节。
参考信号生成器电路4根据形成像素阵列3中的分色滤光器(color separation filter)的滤色器(color filter)的颜色的种类和布置，来生成用 于A/D转换的参考信号。
ii具体地，该电路接收来自定时控制单元1的用于DAC的计数时钟 CKdac，与接收同步地生成锯齿波(斜坡波形)，并且将它作为用于A/D 转换的参考电压供应至A/D转换部分52。
参考信号生成器电路4基于从定时控制单元1供应的控制信号中所包 含的指示斜坡信号初始值的信息，来确定初始电压(斜坡信号的输出开始
时的电压)。
同时，该电路基于从定时控制单元1供应的控制信号中所包含的指示 斜坡信号梯度(改变率)的信息，来设置每一个时钟的电压改变量。
然后，在计数器时钟CKdac每一次计数时改变了所述电压改变量的电 压的斜坡信号被生成。也就是说，计数器时钟的周期越短，斜坡信号的梯 度就越大。
因此，在该实施例的CMOS传感器100中，斜坡信号的梯度被由定时 控制单元供应的计数时钟CKdac控制。此外，通过控制斜坡信号的梯度， 可控制A/D转换部分52中图像信号的A/D转换的模拟增益。
如下，将说明具体配置等。
图3A和图3B是示出参考信号生成器电路4的配置示例的框图。 如图3A所示，参考信号生成器电路4具有第一D/A转换部分41、第 二D/A转换部分42、增益调整电流源43和控制电路44。
第一 D/A转换部分41与本发明的该实施例的第一数模转换部分相对应。
第二 D/A转换部分42与本发明的该实施例的第二数模转换部分相对应。
控制电路44与本发明的该实施例的控制部分相对应。 此外，图3B示出参考信号生成器电路4的电路图。 第一 D/A转换部分41生成具有预定初始电压值和预定梯度的倾斜的 斜坡信号。
第二 D/A转换部分42控制(增益控制)第一 D/A转换部分41中生成 的斜坡信号的梯度。第二 D/A转换部分42具有控制第一 D/A转换部分41 的可编程增益放大器(PGA)功能。
12第一和第二 D/A转换部分41、 42具有设置了多个电流源的电流源阵 列411、 421,以及控制电流源的选择操作的控制部分412、 422，其中多 个电流源生成被分别预定地加权的输出电流值。
电流源阵列411、 421分别包含多个电流源。
第一 D/A转换部分41的控制部分412响应于从定时控制单元1供应 的数字控制信号Din来控制第一 D/A转换部分41中的D/A转换处理。
第二 D/A转换部分42的控制部分422响应于从定时控制单元1供应 的用于增益调整的数字控制信号Dgain来控制第二 D/A转换部分42中的 D/A转换处理。
也就是说，第一和第二 D/A转换部分41、 42是通过数字处理控制多 个电流源的选择操作并且通过从选中的电流源输出的电流的相加处理来执 行D/A转换的电流输出型D/A转换器电路。
增益调整电流源43位于要连接以形成电流镜的第一 D/A转换部分41 和第二 D/A转换部分42之间。
也就是说，增益调整电流源43在电流源阵列411内的各个电流源和 它自身之间形成了电流镜。
增益调整电流源43包括并联的预定数目的(例如k个，k是正整数) 电流分配晶体管431。 k个电流分配晶体管431之一和第一 D/A转换部分 41的电流源阵列411内的电流源连接以形成电流镜。
此外，从第二 D/A转换部分42的输出端子DACgain输出的总和电流 Igain被划分成k个，并且被供应至第一 D/A转换部分41的电流源。总和 电流Igain是通过将从第二 D/A转换部分42的电流源阵列421输出的所有 电流求和而获得的电流。
形成增益调整电流源43的k个电流分配晶体管431中的每一个都用作 输出加权为Igain/k的电流的电流源。
也就是说，增益调整电流源43形成了具有高精度的电流分支通路。 此外，通过电流分配晶体管431的数目的调整，可调整用作电流/电压转换 部分的增益调整电流源43中电流到电压的转换比。
.增益调整电流源43经由电流控制线400向形成第一 D/A转换部分41的电流源阵列411的各个电流源供应基于总和电流Igain而生成的增益控 制输出信号Vbais。
被供应了控制电压Vbais的电流源阵列411根据控制电压Vbais来确 定供使用的(使电流流动的)电流源。
因此；第一 DZA转换部分41利用由控制电压Vbais指定的操作电流
来操作，并且生成和输出斜坡信号。
因此，第二 D/A转换部分42响应于用于增益调整设置的数字控制信 号Dgain而输出总和电流Igain，并且获得该电流的增益调整电流源43生 成控制电压Vbais。
控制电压Vbais被供应至第一 D/A转换部分41的电流源阵列411，并 且用于使电流流动的电流源被选择，斜坡信号被生成。
斜坡信号的梯度根据第一 D/A转换部分41的电流源阵列411的输出 电压的幅度来确定，因此，斜坡信号的梯度响应于输入到第二 D/A转换部 分42的控制信号Dgain而被确定。
改变斜坡信号的梯度意味着对斜坡信号进行增益调整。
类似A/D转换部分52的单斜率积分型A/D转换器中的A/D转换处理 中，对斜坡信号的增益调整起到了对作为比较目标的像素信号的增益调整 的作用。
因此，可以对具有输入到第二 D/A转换部分42的用于增益设置的数 字控制信号Dgain的比特精度的像素信号进行增益调整，并且在A/D转换 部分52中的A/D转换之后可获得具有经调整的增益的数字像素信号。
也就是说，在该实施例的CMOS传感器中，高精度地、数字地控制用 于增益设置的数字控制信号Dgain，因此，可高精度地对作为A/D转换处 理目标的模拟像素信号进行增益调整。
接下来，将说明控制电路44。
控制电路44响应于输入到第二 D/A转换部分42的用于增益设置的数 字控制信号Dgain来确定实现黑电平的第一 D/A转换部分41的电流源阵 列411中用于使电流流动的电流源的数目。
黑电平与斜坡信号的初始电压(输出开始时的电压)相对应。也就是
14说，控制电路44是用于控制斜坡信号的初始电压的电路。
图4A和图4B示出增益设置和斜坡信号的波形。
图4A示出当斜坡信号的初始电压不被控制电路44控制时GND基准 D/A转换器电路中高增益和低增益时的波形示例。
丁n甘、处a fcfc说BEcb的曰-甘甘他cb Knsa拔+JliiVi n/a灶说腿cti败 vj丄、l/巫Ttt i^/a十7]穴i5^r"iiJPtr疋^c亚Tti:""timi5a:j:5CM!ifrj iv/r^十;r]7Ctiff-tiJPU。
图5A示出GND基准D/A转换器电路的配置的示例。
除GND基准D/A转换器电路以外，存在着作为其基准电阻器连接到
电源单元的D/A转换器电路的电源基准D/A转换器电路，并且图5B示出
此配置的示例。
图4B示出当斜坡信号的初始电压不被控制电路44控制时电源基准 D/A转换器电路中高增益和低增益时的波形示例。
一般地，作为用于供应斜坡信号的用在CMOS传感器中的DAC，图 5A所示的GND基准D/A转换器电路由于对噪声的容差(tolerance)故而 是有利的。因此，在该实施例中，将说明第一D/A转换部分4l是GND基 准D/A转换器电路的情况。
如图4A所示，当斜坡信号的初始电压不被控制电路44控制时，有必 要特别在低增益时采用大的P阶段范围幅度，用于确保高增益时的幅度和 倾斜时段。由于这个原因，己发生了如下的情形第一D/A转换部分41 的输出电压在低增益时增加，并且第一 D/A转换部分41的模拟特性变得 恶化。
图6A示出当斜坡信号的初始电压被控制电路44控制时低增益时的斜 坡波形的示例。
图6B示出当斜坡信号的初始电压被控制电路44控制时高增益时的斜 坡波形的示例。
在如图6A所示的低增益时，执行控制，从而通过改变生成斜坡信号 初始电压的第一 D/A转换部分41的配置，幅度可以不过度地大。通过该 控制，可确保形成电流源的MOS晶体管的饱和操作时充足的漏-源电压， 并且改善了低增益时的模拟特性。
此外，如图6A所示，为了稳定P阶段结束时的斜坡信号结束电压，执行屏蔽用于第一 D/A转换部分41的控制部分412的时钟信号的控制， 从而即使当时钟信号被输入时第一 D/A转换部分41也可以不生成斜坡信 号。
此外，如图6B所示，在高增益时扩展了 P阶段范围并且调整了 POF 值，从而可在没有延迟的情况下以更高的速度更稳定地执行CMOS传感器 100的CDS (相关双采样)操作。在高增益时，根据P阶段范围的扩展来 调整自动归零(auto-zero)电压。
如下，将说明控制电路44的操作示例。
图7是用于说明控制电路44工作时参考信号生成器电路4的操作示例 的流程图。 步骤ST1:
输入到第二 D/A转换部分42的用于增益设置的控制信号Dgain被输 入到控制电路44。 步骤ST2:
控制电路44响应于在步骤ST1输入的控制信号Dgain来确定斜坡信 号的初始电压，并且将它发送至第一D/A转换部分41的控制部分412。 步骤ST3:
第一 D/A转换部分41根据在步骤ST2设置的斜坡信号的初始电压来
生成斜坡信号。 步骤ST4:
控制电路44屏蔽输入到第一 D/A转换部分41的时钟信号，用于稳定 低增益操作时的结束电压。
根据需要以必要的次数重复步骤ST3和ST4。 步骤ST5:
第一 D/A转换部分41输出在步骤ST3和ST4生成的斜坡信号。 在上述说明中，说明了其基准电阻接地的GND基准D/A转换器电路 被用作第一 D/A转换部分41的情况。然而，本发明的该实施例不限于 此。本发明的该实施例可应用于第一D/A转换部分41是如图5B所示的电 源基准D/A转换器电路的情况，其中电源基准D/A转换器电路的基准电阻连接到电源单元。注意，虽然省略了详细说明，但是在此情况下控制电路
44控制的不是斜坡信号的初始电压而是结束电压。
如上所说明的，根据该实施例的CMOS传感器100，参考信号生成器 电路4具有第一D/A转换部分41、第二 D/A转换部分42、增益调整电流 源43和控制电路44。控制电路44响应于输入到第二 D/A转换部分42的 控制信号Dgain，而控制第一 D/A转换部分41中生成的斜坡信号的初始电 压。
从而，改善了第一 D/A转换部分41中低增益时的模拟特性。此外， 为了稳定P阶段结束时的斜坡信号结束电压，执行屏蔽用于第一 D/A转换 部分41的控制部分412的时钟信号的控制，从而即使当时钟信号被输入 时第一 D/A转换部分41也可以不生成斜坡信号。此外，在高增益时扩展 了 P阶段范围并且调整了 POF值，从而可在没有延迟的情况下以更高的速 度更稳定地执行CMOS传感器100的CDS (相关双采样)操作。
例如，上述实施例的CMOS传感器100可作为固态成像器件被应用于 诸如数字相机之类的成像装置。
如下，将说明应用示例。
图8是示出成像装置300的配置的示例的框图。
如图8所示，成像装置300包括包含了透镜的光学系统71 (与本发明 的一个实施例的光学系统相对应)、成像部件72、相机信号处理电路 73、系统控制器74等。
光学系统71与本发明的一个实施例的光学系统相对应。
光学系统71利用透镜等将来自拍摄对象的图像光聚焦到成像部件72 的成像面上。成像部件72输出通过将由光学系统71聚焦到成像面上的图 像光转换成以像素为单位的电信号而获得的图像信号。作为成像部件72， 使用根据上述实施例的具有列并联ADC的CMOS传感器100。
相机信号处理电路73对从成像部件72输出的图像信号执行各种信号 处理。系统控制器74执行对成像部件72和相机信号处理电路73的控制。
特别地，成像部件72的列并联ADC具有读出所有像素的信息的循序 扫描(progressive scan)系统中的正常帧率模式。此外，成像部件72的列并联ADC具有高速帧模式，在该模式中像素的曝光时间被设置为1/N，并 且帧率被提高至正常帧率模式中帧率的N倍。在此情况下，在成像部件 72的列并联ADC中，如果可执行与各自操作(respective operation)模式 相对应的A/D转换操作，则可根据外部指令控制操作模式之间的切换。 本发明不限于上述实施例。
也就是说，在本发明的实践中，在本发明的技术范围及其等同物的范 围内，可对上述实施例中的组成元素进行各种改变和变更。
本申请包含与2008年9月1日递交日本专利局的日本优先专利申请 JP 2008-224165中公开的主题相关的主题，该申请的全部内容由此通过引 用而被结合。
权利要求
1.一种数模转换器电路，包括第一数模转换部分，所述第一数模转换部分响应于数字输入信号的值而获得模拟输出信号；以及第二数模转换部分，所述第二数模转换部分响应于外部输入的数字增益控制输入信号的值而生成控制信号，其中所述第一数模转换部分基于用于控制所述第二数模转换部分的所述数字增益控制输入信号，来调整所述模拟输出信号的开始电压或结束电压。
2. 根据权利要求1所述的数模转换器电路，其中所述第一数模转换部 分具有能够输出经预定加权的恒定电流的多个电流源，对所述多个电流源 中的选中的电流源的恒定电流输出进行相加并输出，并且响应于所述数字 输入信号的值而生成输出电流作为所述模拟输出信号，并且所述第二数模转换部分具有能够输出经预定加权的恒定电流的多个电 流源，对多个电流源中的选中的电流源的恒定电流输出进行相加并输出， 响应于所述数字增益控制输入信号的值而生成输出电流，并且将基于所生 成的输出电流的所述控制信号供应至所述第一数模转换部分。
3. 根据权利要求2所述的数模转换器电路，还包括控制部分，所述控 制部分基于由所述第二数模转换部分生成的所述控制信号，来确定所述第 一数模转换部分的多个电流源中的所述选中的电流源，其中所述控制部分调整通过从所述第一数模转换部分的多个电流源中 选择用于使电流流动的电流源而生成的所述模拟输出信号的开始电压或结 束电压。
4. 根据权利要求3所述的数模转换器电路，其中所述第一数模转换部 分响应于输入的时钟信号来生成所述模拟输出信号，并且所述控制部分调整所述模拟输出信号的开始电压或结束电压，从而在生成所述模拟输出信号变得不必要的定时之后控制所述第一数模转换部分 以使其不响应于所述时钟信号生成所述模拟输出信号。
5. —种固态成像器件，包括像素单元，所述像素单元具有多个像素并且输出模拟像素信号；数模转换器电路，所述数模转换器电路生成具有预定初始电压和固定 梯度的斜坡信号；以及模数转换器单元，所述模数转换器单元将由所述像素单元输出的所述 模拟像素信号与由所述数模转换器电路生成的所述斜坡信号作比较，并且 基于比较时间来数字地转换所述模拟像素信号，其中所述数模转换器电路具有响应于数字输入信号的值而获得模拟输 出信号的第一数模转换部分以及响应于数字增益控制输入信号的值而获得 模拟增益控制输出信号的第二数模转换部分，并且基于由所述第二数模转 换部分生成的控制信号来调整所述第一数模转换部分的开始电压或结束电 压。
6. —种成像装置，包括固态成像器件，所述固态成像器件具有多个像素；以及 光学系统，所述光学系统将来自拍摄对象的光聚焦到所述固态成像器 件的像素上，其中所述固态成像器件包括像素单元，所述像素单元具有多个像素并 且输出模拟像素信号，数模转换器电路，所述数模转换器电路生成具有预定初始电压和固定 梯度的斜坡信号，以及模数转换器单元，所述模数转换器单元将由所述像素单元输出的所述 模拟像素信号与由所述数模转换器电路生成的所述斜坡信号作比较，并且 基于比较时间来数字地转换所述模拟像素信号，并且所述数模转换器电路具有响应于数字输入信号的值而获得模拟输出信 号的第一数模转换部分以及响应于数字增益控制输入信号的值而获得模拟 增益控制输出信号的第二数模转换部分，并且基于由所述第二数模转换部 分生成的控制信号来调整所述第一数模转换部分的开始电压或结束电压。
全文摘要
本发明公开了数模转换器电路、固态成像器件以及成像装置。该数模转换器电路包括第一数模转换部分，该第一数模转换部分响应于数字输入信号的值而获得模拟输出信号；以及第二数模转换部分，该第二数模转换部分响应于外部输入的数字增益控制输入信号的值而生成控制信号，其中第一数模转换部分基于用于控制第二数模转换部分的数字增益控制输入信号，来调整模拟输出信号的开始电压或结束电压。
文档编号H04N5/335GK101667833SQ20091016816
公开日2010年3月10日 申请日期2009年9月1日 优先权日2008年9月1日
发明者菊地胜, 鬼塚将次 申请人:索尼株式会社