比较器、ad转换器、固态成像装置以及相机系统的制作方法

专利名称：比较器、ad转换器、固态成像装置以及相机系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种比较器、单斜率式模数(AD)转换器、以互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器为代表的固态成像装置、以及相机系统。
背景技术：
人们对具有多个传感器以阵列形式设置的结构的半导体装置(诸如CMOS图像传感器等)的信号处理的复杂度和小型化已具有越来越高的期望。为了实现这一期望，例如，日本专利特开No. 2011-159958提出了一种通过将芯片形成在层压结构中以将较大信号处理电路与芯片相结合的方法，该芯片的尺寸与以往芯片的尺寸相等。这种半导体装置具有如下芯片的层压结构包括用于生成模拟信号的传感器阵列的芯片(此芯片以下将被描述为模拟芯片)和包括用于信号处理的逻辑电路的芯片(此芯片以下将被描述为数字芯片)。通过将这些芯片垂直层压入经由在模拟芯片中形成的直通接触(硅)通孔(TC(S)V (Through Contact (Si I icon) VIA))建立连接的结构中，来实现半导体装置的小型化。当通过这种方法实现小型化时，存在如下问题如何分配与用于将从传感器阵列输出的数据传递至上下芯片的信号路径相关的电路块。在上述系统中，用于从传感器阵列中提取信号的布线的数量例如与图像传感器的垂直或水平方向上的像素的数量为相同数量级，因而为几千个或更多。

因此，当TCV被插入这些路径中时，不可避免地需要密集设置TCV。所以，当邻近特定TCV的TCV的信号以大振幅跳变时，所关心的TCV的信号会受到干扰，误差出现。通过将经由TCV传输的信号限制为在电压方向上量化的信号(使用一个或多个二进制信号线)，在过去已经采取了针对该干扰的措施。下面将对这些措施的详细情况进行描述。下面将首先描述其中通过TCV的传输信号为时间上离散且量化的信号(即数字信号)的措施，其次描述其中通过TCV的传输信号为时间上连续但量化的信号的情况。首先将描述其中通过TCV的传输信号为时间上离散且量化的信号(即数字信号)的措施。图1是示出使用层压芯片的半导体装置的配置的第一示例的图，其中，通过TCV的传输信号为时间上离散且量化的信号。半导体装置I具有模拟芯片2和数字芯片3的层压结构。半导体装置I具有以阵列形式设置在使用模拟工艺制造的模拟芯片2上的多个传感器4(-0，-1,...)，模拟芯片2是该层压结构中的芯片之一。用于在时间上离散信号的米样开关6 (-0, -1, ···)经由放大器5(-0, -1,…)被连接至传感器4的各个输出。在此情况下，当从用作源的传感器4中输出的信号具有足够高的功率时，在不需要放大器介入的情况下，传感器的输出可被直接连接至采样开关。由采样开关6时间上离散的信号通过使用量化器7 (_0，-1，…)在电压方向上被量化。量化器7由多个比较器组成。各个比较器通过对一定信号电平和输入信号的电平进行比较来量化信号。在此情况下，量化器7可以不一次性完成量化，并且可以是由多个阶段构成的电路。在此过程中被数字化的信号经由TCV 8(-0, -1,…)传输至数字芯片3并由数字信号处理电路9进行处理。在此情况下，通过TCV 8的信号被二值化为电源电平或接地(GND)电平，除非这些信号改变了大约电源电压的一半的幅度，否则不会导致误差。此外，即使因为TCV 8的寄生电容产生了信号延 迟，当该信号延迟在信号处理电路9的设置范围之内时，也不会出现问题。接下来将描述配置的另一个示例，其中，经由TCV传输的信号为数字信号。图2是示出使用层压芯片的半导体装置的配置的第二示例的图，其中，通过TCV的传输信号为时间上离散且量化的信号。在此种情况下的半导体装置IA中，传感器4的输出信号不是通过采样开关6直接在时间上离散，而是被最靠近传感器4的采样和保持(SH)电路10(-0，-1,…)时间上离散。形式最简单的采样和保持电路10仅由开关和电容实现。接下来将描述将经由TCV传输的信号为数字信号的图2的配置示例应用到图像传感器的情况。图3是示出使用层压芯片的半导体装置的配置的第三示例的图，其中，通过TCV的传输信号为时间上离散且量化的信号，并且图3是示出将图2的配置示例应用到CMOS图像传感器的示例的图。顺便说一下，在图3中，为了方便理解，与图1和图2中相同的组成部分用相同的参考数字标识。主流CMOS图像传感器是列平行输出类型，其中CMOS图像传感器在各个像素中具有FD放大器,并且像素阵列中的一行被选择以在列方向上同时读出该行的输出。因为通过设置在像素中的FD放大器很难获得足够的驱动能力，因此有必要降低数据速率，平行处理被认为是对此有利的。这种CMOS图像传感器20包括用作传感器阵列的像素阵列部21和用于驱动像素的行选择电路(V-扫描器)22。像素阵列部21具有以矩阵形式设置的像素电路30，该矩阵具有M行和N列。行选择电路22对设置在像素阵列部21的任意行中的像素的操作进行控制。行选择电路22通过控制线LSEL、LRST以及LTRG对像素进行控制。图3表示像素电路30形成有作为示例的四个晶体管的情况。像素电路30包括由例如光电二极管(PD)形成的光电转换元件31 (该光电转换元件在下文中可简称为ro)。像素电路30包括四个晶体管，S卩，传送晶体管32、复位晶体管33、放大晶体管34以及选择晶体管35，这些晶体管用作这一个光电转换元件31的有源元件。在CMOS图像传感器20中，图2框图中的采样和保持电路的功能由用于作为传感器的光电转换元件(光电二极管)31的浮动扩散体(电容)FD (floating diffusion)和传送晶体管(传送开关)32实现。其次，将描述通过TCV的传输信号为时间上连续但量化的信号的情况。图4是示出使用层压芯片的半导体装置的配置的第一示例的图，其中，通过TCV的传输信号为时间上连续但量化的信号。图4的半导体装置IC通过对由与图2的半导体装置IA中相同的SH电路10离散的信号和比较器23 (-0, -1,…)中未示出的斜坡信号(ramp signal)发生器生成的斜波(ramp wave)进行比较，将从传感器4输出的模拟信号转换为时间轴上的信号。由此转换的量化的传感器信号经由TCV 8被传输至数字芯片3C，并且时间轴上的信息由计数器(TDC) 24进行量化，借以获得数字信号。上述操作由图5中时间轴上的波形示出。模拟信号和斜波RAMP之间的比较结果被当作信号S23从比较器23输出，从而停止计数器24的计数操作并确定出信号。在此情况下，斜波RAMP的开始定时和计数器24的计数操作的开始时间彼此同步。于是，该操作将电压信息转换为时间信息。当使用这种传 输方法时，和经由TCV传输的信号为数字信号这种情况一样，通过TCV 8的信号被量化为电源电平/GND电平。图6是示出将使用层压芯片的半导体装置的如图4所示的配置应用到CMOS图像传感器的示例的图。顺便说一下，在图6中，为了方便理解，与图3和图4中相同的组成部件用相同的参考数字标识。如图4所不的情况一样,通过在比较器23 (-0,-1,…)中对斜坡信号发生器25生成的斜波进行比较，将从像素30输出的模拟信号转换为时间轴上的信号。由此转换的量化的传感器信号经由TCV 8被传输至数字芯片3D，时间轴上的信息由计数器(TDC) 24进行量化，产生的数字信号由锁存器(存储器)26保留。由锁存器26保留的数字信号由信号处理电路9通过传送线水平传送。顺便说一下，所谓的单斜率式AD转换器(ADC)由设置在各列中的比较器23、计数器24、以及锁存器26组成。图7是示出普通单斜率式AD转换器的配置的图。图7中的单斜率式AD转换器40包括比较器41、计数器42、以及斜坡信号发生器43。如上所述，单斜率式AD转换器40通过在比较器41中将来自斜坡信号发生器43 (诸如DAC等)的斜波(斜率信号)与AD转换器输入信号IN进行比较并在后续阶段控制计数器42来执行AD转换。存在作为AD转换器40的重要性能指标的噪声特性。比较器41的噪声特性经常影响AD转换器40的噪声特性。噪声包括作为宽波段内的噪声的热噪声，以及作为低频噪声的闪烁噪声和随机电报信号(RTS)噪声等等。这些噪声每一种都会降低噪声特性。增加晶体管尺寸的方法和将镜像电容插入比较器的第一阶段输出的方法(参考日本专利特开No. 2010-93641)通常被认为是减少这些噪声的方法。

发明内容
然而，在上述图1至图3所示的通过TCV的信号为数字信号的情况下，出现了下列问题。第一，当需要提高量化器的分辨率时，TCV的数量增加。如前所述，在图像传感器中从中同时执行读出的传感器(像素)的数量通常是几千个。当采取这种措施时，通过将该几千个乘以分辨率(比特数)获得的TCV的数量是必须的，其因此引起不期望的面积/成本的增加。第二，通过TCV的信号的振幅增加。这意味着具有比普通通孔更高寄生电容的TCV被以大信号振幅充电，从而引起功率的增大和电源噪声的增大。第三，量化器本身需要较大面积。相较于数字芯片，模拟芯片通常通过包括特殊过程的工艺进行制造，以实现传感器。因而模拟芯片单位面积包含较高成本。所以，模拟芯片面积的增加极大地影响了成本。此外，在如图4和图6所示的通过TCV的信号为时间上连续且量化的信号的情况下，出现了下列问题。第一，存在来自相邻TCV的信号的干扰。因为通过TCV的信号为电源电平/GND电平的二进制信号，易与相邻信号发生干扰。在该系统中，当比较器的输出为充分静定且接近电源电平/GND电平，比较器的输出不容易受到来自相邻TCV的干扰的影响。然而，在进行跳变时，比较器的输出决不是不受干扰的影响的。这是因为比较器的输出具有有限的上升时间，当噪声被叠加在信号上时，在和一定电平交叉的时间发生误差。图8是示出来自相邻TCV的干扰所导致的误差的影响的图。当不存在来自相邻TCV的干扰时，比较器产生如虚线所指示的输出CMP0UT。然而，当存在来自相邻TCV的干扰时，比较器产生如实线所指示的输出CMP0UT。在两条线与计数器阈值VTH交叉的时间之间存在误差ER。在该系统中，即使当用于驱动SH电路的时钟CLKl的定时相同时，比较器的信号的上升定时根据传感器输出的电平而改变，因此很难达到相同的定时。此外，由于上述的原因，当相邻比较器的输出大体上同时进行跳变时，误差发生。因而，即使当定时被同步时，也不能首先从理论上避免干扰。这一问题可通过在TCV之间提供屏蔽来缓和。然而，这增加了 TCV之间的距离，并因此导致了面积的增加。第二，由于比较器的更大输出信号,功率和电源噪声增大。功率和电源噪声增大发生的原因和在数字信号传输的情况下的原因相同。第三，和数字信号传输的情况相同，由于比较器自身的面积，成本增加。相较于数字信号传输的情况，仅一次比较就能满足要求，电路较简单。因此，与高分辨率量化器相比，成本增加相应较小，但是由于比较器的数量该成本增加绝对不容忽视，该数量等于TCV的数量，即，几千个。
如上所述，在对从传感器输出的信号进行处理并具有层压结构的半导体装置中，过去已经采用在电压电平下进行量化，作为抑制相邻TCV之间信号干扰的措施。上述实施方法每个都会增加包含很多过程的模拟芯片的面积，从而引起成本增力口，并且增大了通过TCV传输的信号的振幅，因此牵涉功率和电源噪声的增大。进一步地，当考虑到使用单斜率式AD转换器的半导体装置时，作为减少噪声的方法的增加晶体管尺寸的方法增大了作为副作用的寄生电容，因而增加了电路面积和降低了操作速度。因此，各个比较器的面积增加，操作速度受限。此外，由于这些局限性，很难获得一定水平以上的噪声减少的效果。将镜像电容插入比较器的第一阶段输出的方法基本上是一种减少噪声的波段(即，操作波段)的方法。因此，降低了操作速度，从而很难获得一定水平以上的噪声减少的效果。进一步地，由于波段局限性导致的噪声减少原理，该方法对于低频噪声(诸如闪烁噪声、RTS噪声等等)效果甚微。因为这些情形，人们一直存在实现进一步减少比较器中的噪声，或尤其是减少低频噪声的期望。期望提供一种能实现低频噪声减少以及进一步噪声减少的比较器、AD转换器、固态成像装置以及相机系统。根据本技术的第一实施例，提供了一种比较器，包括第一输入采样电容；第二输入采样电容；输出节点；用作差分比较器部的跨导(Gm)放大器，被配置成经由所述第一输入米样电容在所述Gm放大器的一个输入端子处接收斜率信号,经由所述第二输入米样电容在所述Gm放大器的另一输入端子处接收输入信号，并对所述斜率信号和所述输入信号进行比较操作，所述斜率信号的信号电平的变化具有一斜率；以及隔离器，被配置成将所述Gm放大器的输出部的电压保持恒定，所述隔离器设置在所述Gm放大器的所述输出部和所述输出节点之间。根据本技术的第二实施例，提供了一种AD转换器，包括比较器，被配置成对斜率信号和输入信号进行比较和确定，并基于所述确定输出确定信号，所述斜率信号的信号电平的变化具有一斜率；以及计数器，被配置成对所述比较器的比较时间进行计数，并获得数字信号；其中，所述比较器包括第一输入采样电容，第二输入采样电容，输出节点，用作差分比较器部的跨导(Gm)放大器，被配置成经由所述第一输入采样电容在所述Gm放大器的一个输入端子处接收斜率信号，经由所述第二输入米样电容在所述Gm放大器的另一输入端子处接收输入信号，并对所述斜率信号和所述输入信号进行比较操作，所述斜率信号的信号电平的变化具有一斜率，以及隔离器，被配置成将所述Gm放大器的输出部的电压保持恒定，所述隔离器设置在所述Gm放大器的输出部和所述输出节点之间。根据本技术的第三实施例，提供了一种固态成像装置，包括像素阵列部，在该像素阵列部中，被配置成执行光电转换的多个像素以矩阵形式设置；以及像素信号读出部，被配置成从所述像素阵列部读出多个像素单位的像素信号；其中，所述像素信号读出部包括多个比较器，被配置成对读出的信号电位和斜率信号进行比较和确定，并基于所述确定输出确定信号，所述斜率信号的信号电平的变化具有一斜率，所述多个比较器被设置以对应于所述像素的列排列，以及多个计数器，被配置为对相应比较器的比较时间进行计数，并获得数字信号；每个比较器包括第一输入采样电容，第二输入采样电容，输出节点，用作差分比较器部的跨导(Gm)放大器，被配置成经由所述第一输入采样电容在所述Gm放大器的一个输入端子处接收斜率信号，经由所述第二输入米样电容在所述Gm放大器的另一输入端子处接收输入信号，并对所述斜率信号和所述输入信号进行比较操作，所述斜率信号的信号电平的变化具有一斜率；以及隔离器，被配置成将所述Gm放大器的输出部的电压保持恒定，所述隔离器被设置在所述Gm放大器的所述输出部和所述输出节点之间。根据本技术的第四实施例，提供了一种相机系统，包括固态成像装置；以及光学系统，被配置为在所述固态成像装置上形成对象图像；其中，所述固态成像装置包括像素阵列部，在所述像素阵列部中，被配置成执行光电转换的多个像素以矩阵形式设置，以及像素信号读出部，被配置成从所述像素阵列部中读出多个像素单位的像素信号，所述像素信号读出部包括多个比较器，被配置成对读出的信号电位和斜率信号进行比较和确定，并基于所述确定输出确定信号，所述斜率信号的信号电平的变化具有一斜率，所述多个比较器被设置成对应于所述像素的列排列，以及多个计数器，被配置为对相应比较器的比较时间进行计数，并获得数字信号，以及每个比较器包括第一输入采样电容，第二输入采样电容，输出节点，用作差分比较器部的跨导(Gm)放大器，被配置成经由所述第一输入采样电容在所述Gm放大器的一个输入端子处接收斜率信号，经由所述第二输入采样电容在所述Gm放大器的另一输入端子处接收输入信号，并对所述斜率信号和所述输入信号进行比较操作，所述斜率信号的信号电平的变化具有一斜率，以及隔离器，被配置成将所述Gm放大器的输出部的电压保持恒定，所述隔离器被设置在所述Gm放大器的所述输出部和所述输出节点之间。根据本技术，可能实现低频噪声减少以及进一步的噪声减少。


图1是示出使用层压芯片的半导体装置的配置的第一示例的图，其中，通过TCV的传输信号为时间上离散且量化的信号；图2是示出使用层压芯片的半导体装置的配置的第二示例的图，其中，通过TCV的传输信号为时间上离散且量化的信号；图3是示出使用层压芯片的半导体装置的配置的第三示例的图，其中，通过TCV的传输信号为时间上离散且量化的信号，并且图3是示出将图2所示配置示例应用到CMOS图像传感器的示例的图；图4是示出使用层压芯片的半导体装置的配置的第一示例的图，其中，通过TCV的传输信号为时间上连续但量化的信号；图5是通过时间轴上的波形示出图4的半导体装置的操作的示意图；图6是示出使用层压芯片的半导体装置的配置的第二示例的图，其中，通过TCV的传输信号为时间上离散且量化的信号，并且图6是示出将图4所示的配置应用到CMOS图像传感器的示例的图；图7是示出普通单斜率式AD转换器的配置的图；图8是示出来自相邻TCV的干扰所导致的误差的影响的图；图9是示出根据本技术的实施例的半导体装置的层压结构的示例的图10是示出根据本实施例的半导体装置中电路等的设置和配置的第一示例的图；图1lAUlB以及IlC是示出根据本实施例的半导体装置的信号之间的时间关系的图；图12是示出根据本实施例的半导体装置中电路等的设置和配置的第二示例的图；图13是示出根据本实施例的半导体装置中电路等的设置和配置的第三示例的图；图14是通过时间轴上的波形示出图13的半导体装置的操作的图，并示出了来自相邻列的干扰能够被减少；图15是示出根据本实施例的CMOS图像传感器(固态成像装置)的配置的基本示例的图；图16是示出根据本实施例的CMOS图像传感器中的像素的示例的图，该像素形成有四个晶体管；图17是示出根据本实施例的包括列平行ADC的CMOS图像传感器(固态成像装置)的配置示例的框图；图18是示出根据本实施例的包括列平行ADC的CMOS图像传感器中的电路等的设置和配置的第一示例的图；图19是示出传输离散时间模拟信号的TCV集中设置并设置成与传输数字信号的TCV分开的不例的图；图20是示出根据本实施例的包括列平行ADC的CMOS图像传感器中的电路等的设置和配置的第二示例的图；图21是示出根据本实施例的包括列平行ADC的CMOS图像传感器中的电路等的设置和配置的第三示例的图；图22是示出根据本实施例的比较器的配置的第一示例的电路图；图23是示出根据本实施例的具有隔离器的比较器的基本概念的图，该比较器能够减少低频噪声；图24是示出作为图23的比较器的对照示例的不具有隔离器的比较器的基本概念的图；图25是示出寄生电容出现在根据图23的本实施例的比较器中的Gm放大器的输入侧节点和输出侧节点之间的示例的图；图26A、26B、26C以及26D是示出在图25的配置示例中出现寄生电容的情况下，在输入斜率信号的时间各个节点的波形的图；图27是示出寄生电容出现在图24的对照示例中的Gm放大器的输入侧节点和输出侧节点之间的示例的图；图28A、28B、28C以及28D是示出在图27的配置示例中出现寄生电容的情况下，在输入斜率信号的时间各个节点的波形的图；图29是示出协助说明比较器的第一阶段中的Gm放大器的噪声源的图；图30A和30B是示出将电压噪声转换为时间噪声的示例的图31是示出根据本实施例的能够减少低频噪声的比较器的电路配置的第一示例的图；图32是示出根据本实施例的能够减少低频噪声的比较器的电路配置的第二示例的图；图33是示出根据本实施例的能够减少低频噪声的比较器的电路配置的第三示例的图；图34是示出根据本实施例的能够减少低频噪声的比较器的电路配置的第四示例的图；图35是示出根据本实施例的能够减少低频噪声的比较器的电路配置的第五示例的图；图36是示出根据本实施例的能够减少低频噪声的比较器的电路配置的第六示例的图；图37A和图37B是示出协助说明根据本实施例的能够减少低频噪声的比较器的有效实施的示例的图；以及图38是示出应用了根据本实施例的固态成像装置的相机系统的配置示例的图。
具体实施例方式下面将参考附图描述本技术的优选实施例。顺便说一下，将依照以下顺序进行描述。1.半导体装置的概述1.1半导体装置中的设置和配置的第一示例1. 2半导体装置中的设置和配置的第二示例1. 3半导体装置中的设置和配置的第三示例2.固态成像装置概述2.1固态成像装置的配置的基本示例2. 2包括列平行ADC的固态成像装置的配置示例2. 3固态成像装置的设置和配置的第一示例2. 4固态成像装置的设置和配置的第二示例2. 5固态成像装置的设置和配置的第三示例3.比较器的配置示例3.1比较器的配置的基本示例3. 2能够减少低频噪声的比较器的配置的基本示例3. 3能够减少低频噪声的比较器的电路配置的具体示例4.相机系统的配置示例〈1.半导体装置的概述〉图9是示出根据本技术实施例的半导体装置的层压结构的示例的图。根据本实施例的半导体装置100具有以阵列形式设置的多个传感器，所述多个传感器包括光电转换元件等。接下来将描述具有这种配置的半导体装置的配置示例，之后将描述作为半导体装置的示例的用作固态成像装置的CMOS图像传感器的配置示例。然后，将描述具有显著噪声减少效果且适用于固态成像装置的单斜率式AD转换器的配置的具体示例。如图9所示，半导体装置100具有由第一芯片(上芯片)110和第二芯片(下芯片)120构成的层压结构。层压的第一芯片110和第二芯片120经由形成在第一芯片110中的通孔(TCV)彼此电连接。半导体装置100在晶圆级被层压，然后被形成为通过切割割出的具有层压结构的半导体装置。在由上下两个芯片构成的层压结构中，第一芯片110由模拟芯片(传感器芯片)形成，在该模拟芯片中，多个传感器以阵列形式设置。第二芯片120由逻辑芯片(数字芯片)形成，该逻辑芯片包括用于对经由TCV从第一芯片110传送的模拟信号进行量化的电路和信号处理电路。焊垫BH)和输入输出电路形成在第二芯片120上。用于将电线焊接至第二芯片120的开口 OPN形成在第一芯片110中。根据本实施例的具有两个芯片的层压结构的半导体装置100具有以下特性配置。第一芯片110和第二芯片120之间的电连接例如通过通孔(TCV)建立。TCV(通孔)设置在芯片的边沿或设置在衬垫(PAD)和电路区域之间。例如，用于控制信号和电源的TCV主要集中在芯片的角部的四个部分，从而能够减小第一芯片110的信号布线区 域。为了处理减少第一芯片110的布线层数量所导致的电源线电阻增大和IR-Drop增加的问题，有效设置TCV，从而使用第二芯片120的布线，能够执行对第一芯片110的电源噪
声措施、稳定供给等进行加强。〈1.1半导体装置中的设置和配置的第一示例>图10是示出根据本实施例的半导体装置中电路等的设置和配置的第一示例的图。图10中半导体装置100A被示出具有二维展开的第一芯片IlOA和第二芯片120A，以方便理解具有层压结构的第一芯片IlOA和第二芯片120A的电路等的设置。以阵列形式设置的多个传感器111(_0，-1,…)和用于传输各个传感器111(-0,-1,…)的输出模拟信号(传感器信号)的第一信号线LSGl (-0,-1,…)形成在第一芯片IlOA中。在第一芯片IlOA中，用于通过第一时钟CLKll对各个传感器111 (-0, -1,…)的传感器信号进行采样的采样和保持(SH)电路112(-0，-1,…)设置在第一信号线LSGl (-0, -1,…)上。用于对采样和保持(SH)电路112(-0，_1，…)输出的传感器信号进行放大的放大器113(-0,-1, ···)分别设置在第一信号线LSGl (-0,-1,…)上。用于将第一信号线LSGl (-0,-1,…)电连接至第二芯片120A侧并传输传感器信号的TCV 114(-0, -1,…)形成在第一芯片IlOA中。顺便说一下，虽然未不出，用于电源和控制信号的TCV也形成在第一芯片IlOA中。连接至形成在第一芯片IlOA中的各个TCV 114的第二信号线LSG2 (_0，-1，…)形成在第二芯片120A中。用于经由第二时钟CLK12对通过TCV 114传输的传感器信号进行采样的采样开关121(-0, -1,…)设置在各个第二信号线LSG2(-0，-l，…)上。用于对经过采样开关121(_0，-1，…)采样的信号进行量化的量化器122(-0, -1,…)设置在各个第二信号线LSG2(-0，-1，…)上。用于对经过各个量化器122 (_0，-1，…)量化的信号进行数字算术处理的信号处理电路123设置在第二芯片120A中。在半导体装置100A中，从各个传感器111输出的信号由SH电路112进行采样和保持，并经由放大器113传输至TCV 114。在这种情况下，当经由SH电路112从传感器111输出的信号具有足够高的功率时，可以省略放大器。通过TCV 114传输的信号由用作逻辑芯片(数字芯片)的第二芯片120A上的采样开关121进行采样，并使用量化器122在电压方向上进行量化。经这样数字化的数据在信号处理电路123中进行算术处理。在图2所 示的技术中，经由TCV传输的信号是在电压方向上量化了的信号。另一方面，在本技术中，通过TCV 114传输的信号在时间方向上被离散，在电压方向上是连续信号，即，离散时间模拟信号。在这种情况下，也会发生来自相邻TCV 114的信号的干扰。然而，通过适当控制用于控制SH电路112的采样和保持的定时的第一时钟CLKll的定时和用于对第二芯片120A上的离散时间模拟信号进行采样的第二时钟CLK12的定时，能够避免TCV之间的干扰。图1lA至IlC是示出根据本实施例的半导体装置的信号之间的时间关系的图。图1lA示出了被提供了通过TCV传输的信号的节点NDll的信号波形。图1lB示出了第一时钟CLK11。图1lC示出了第二时钟CLK12。现在将注意力引到通过TCV 114传输的离散时间模拟信号的节点ND11。连接至所有传感器111的SH电路112所公共的定时用于第一时钟CLK11。因而，理想地，节点NDll和相邻节点ND12的信号跳变在时间上彼此同步。然而，例如当从传感器至节点NDll和节点ND12的信号的输出的定时因为信号布线延迟而彼此偏移时，在节点NDll的信号中就发生由干扰导致的倒刺，如图1lA所示。然而，在一个数据的传输间隔期间的信号已被SH电路112从时间上离散。因而，该间隔期间的信号具有恒定值，并在经过足够时间之后，于期望值处成为静定的。当在数值已经成为充分静定的定时中执行驱动以使用第二时钟CLK12执行采样时，能够将TCV 114的干扰导致的误差减小到可以忽略的水平。〈1. 2半导体装置中的设置和配置的第二示例>图12是示出根据本实施例的半导体装置中电路等的设置和配置的第二示例的图。图12中的半导体装置100B在如下方面与图10中的半导体装置100A不同。在第二芯片120B中，设置在各个第二信号线LSG2(_0，-1，…)上的采样开关121(-0,-1,…)和量化器122(-0，-1，…)的设置位置(连接位置)相反。
在本技术中，在第二时钟CLK12的定时中进行采样和量化的顺序可以逆转为例如在连续时间内进行量化和连接至量化器122的采样开关121的顺序。在此情况下，通过为各个信号提供触发器来实现采样开关121的操作。在图10所示的构造情况下，当采样开关121处于断开状态(被断开)时，可能出现kT/C噪声，该噪声可能变成问题。然而，该kT/C噪声在图12所示的构造情况下不会出现。〈1. 3半导体装置中的设置和配置的第三示例>图13是示出根据本实施例的半导体装置中电路等的设置和配置的第三示例的图。图13中的半导体装置100C在如下方面与图10和图12中的半导体装置100A和100B不同。在第二芯片120C中，提供了比较器124(_0，-1，…)和计数器125 (_0，_1，…)来代替采样开关和量化器。在第二芯片120C中，由比较器124将经由TCV 114传输的传感器信号与斜坡信号RAMP进行比较以从电压轴被转换至时间轴，由计数器125对时间信息进行量化。图14示出了在此情况下依照与图11中的原理相似的原理能够减少来自相邻列的干扰。在图13所示的构造中，通过将斜坡信号RAMP与信号进行比较并经由计数器125将比较时间转换为数字值，来执行模数转换操作。因此，在斜波和计数器125不进行操作的时间期间，AD转换器不取入 信号。在此情况下，如图14所示，通过在信号输出LSGO-N成为充分静定之后开始斜波的跳变和计数器的操作，能够如图11 一样减少由来自相邻TCV的干扰导致的误差。〈2.固态成像装置的概述〉下面将描述用作固态成像装置的CMOS图像传感器的配置示例，作为根据本实施例的半导体装置的示例。〈2.1固态成像装置的配置的基本示例〉图15是示出根据本实施例的CMOS图像传感器(固态成像装置)的配置的基本示例的图。图15中的CMOS图像传感器200具有像素阵列部210、行选择电路(Vdec) 220、以及列读出电路(AFE) 230。行选择电路220和列读出电路230构成像素信号读出部。用作半导体装置的CMOS图像传感器200具有图9所示的层压结构。在本实施例中，该层压结构大体上具有设置在第一芯片110中的像素阵列部210，并具有构成像素信号读出部且设置在第二芯片120中的行选择电路220和列读出电路230。像素驱动信号、来自像素(传感器)的模拟读出信号、以及电源电压等经由形成在第一芯片110中的TCV在第一芯片110和第二芯片120之间被传输和接收。像素阵列部210具有多个二维(以矩阵形式)设置的像素电路210A，该像素电路具有M行和N列。图16是示出根据本实施例的CMOS图像传感器中的像素的示例的图，该像素形成有四个晶体管。
像素电路210A具有由例如光电二极管(PD)形成的光电转换元件211 (该光电转换元件在下文中可简称为PD)。像素电路210A具有四个晶体管，这些晶体管为传送晶体管212、复位晶体管213、放大晶体管214以及选择晶体管215，并用作这一个光电转换元件211的有源元件。光电转换元件211将入射光光电转换为一定数量的电荷(在此情况下为电子)，该数量对应于入射光量。用作传送元件的传送晶体管212连接在光电转换元件211和用作输入节点的浮动扩散体FD之间。传送晶体管212的栅极(传送栅极)经由传送控制线LTRG被提供有用作控制信号的传送信号TRG。从而，传送晶体管212将通过光电转换元件211中的光电转换获得的电子传送至浮动扩散体FD。复位晶体管213连接在被提供有电源电压VDD的电源线LVDD和浮动扩散体FD之间。复位晶体管213的栅极经由复位控制线LRST被提供有用作控制信号的复位信号RST。
从而，作为复位元件的复位晶体管213将浮动扩散体FD的电位复位到电源线LVDD的电位。浮动扩散体FD与用作放大元件的放大晶体管214的栅极相连。这就是说，浮动扩散体FD充当用作放大元件的放大晶体管214的输入节点。放大晶体管214和选择晶体管215在被提供有电源电压VDD的电源线LVDD和信号线LSGN之间彼此串联连接。因此，放大晶体管214经由选择晶体管215连接至信号线LSGN，并与像素部之外的恒流源IS —起形成源极跟随器。根据地址信号的用作控制信号的选择信号SEL经由选择控制线LSEL被提供给选择晶体管215的栅极，从而接通选择晶体管215。当选择晶体管215被接通时，放大晶体管214对浮动扩散体FD的电位进行放大，并向信号线LSGN输出对应于该电位的电压。经由信号线LSGN从各像素输出的电压被输出至列读出电路230。由于传送晶体管212、复位晶体管213以及选择晶体管215的各个栅极例如以行为单位进行连接，对于一行的像素来说，这些操作是被同时执行的。设置在像素阵列部210中的复位控制线LRST、传送控制线LTRG以及选择控制线LSEL以像素设置的每一行为单位被设置为一组。提供了 M个控制线LRST、M个控制线LTRG以及M个控制线LSEL。复位控制线LRST、传送控制线LTRG以及选择控制线LSEL由行选择电路220驱动。具有这种配置的包括信号布线和控制布线的像素阵列部210被形成在第一芯片110中，如上所述。在本实施例中，与设置在第一芯片110中的放大晶体管214 —起形成源极跟随器的恒流源IS被设置在第二芯片120侦U。行选择电路220对设置在像素阵列部210中任意行中的像素的操作进行控制。行选择电路220经由控制线LSEL、LRST以及LTRG对像素进行控制。行选择电路220例如根据快门模式切换信号将曝光系统切换为逐行执行曝光的滚动快门系统或在所有像素中同时执行曝光的全局快门系统，并执行图像驱动控制。列读出电路230接收像素行的数据，并向后续阶段中的信号处理电路传送数据，该像素行的读出由行选择电路220经由信号输出线LSGN进行控制。列读出电路230包括⑶S电路和模数转换器(ADC)。〈2. 2包括列平行ADC的固态成像装置的配置示例>顺便说一下，根据本实施例的CMOS图像传感器，虽然未特别限制，但其能够被配置为包括例如列平行式模数转换装置(以下缩写为ADC)的CMOS图像传感器。图17是示出根据本实施例的包括列平行式ADC的CMOS图像传感器(固态成像装置)的配置示例的框图。 如图17所示，固态成像元件300包括用作成像部的像素阵列部310、用作像素驱动部的行选择电路320、水平传送扫描电路330以及定时控制电路340。固态成像元件300进一步包括ADC组350、用作斜坡信号发生器的数模转换装置(以下缩写为DAC (数模转换器))360、放大器电路(S/A) 370、信号处理电路380以及水平传送线390。通过如图16所示例如以矩阵的形式设置像素，来形成像素阵列部310，每个像素均包括光电转换兀件(光电二极管)和像素内部的放大器。固态成像元件300还具有设置在其中的用作顺序读出像素阵列部310的信号的控制电路的以下电路。用作控制电路的生成内部时钟的定时控制电路340、用于控制行地址和行扫描的行选择电路320、以及用于控制列地址和列扫描的水平传送扫描电路330设置在固态成像元件300中。ADC组350具有设置在多个列中的单斜率式ADC，每个单斜率式ADC包括比较器351、计数器352以及锁存器353。比较器351将参考电压Vslop与经由垂直信号线LSGN从各个行线中的像素中获得的模拟信号进行比较，该参考电压Vslop是通过逐步改变由DAC 360生成的参考电压而获得的斜坡波形(RAMP)。计数器352对比较器351的比较时间进行计数。ADC组350具有η比特数字信号转换功能。ADC组350为各个垂直信号线(列线)而设置，并形成列平行ADC块。每个锁存器353的输出连接至具有例如2η比特宽度的水平传送线390。然后，设置有2η个对应于水平传送线390和信号处理电路380的放大器电路370。在ADC组350中，设置在各列中的比较器351将读出至垂直信号线LSGN的模拟信号(电位VSL)与参考电压Vslop (具有一定的斜率并线性地改变的斜率波形)进行比较。此时，以与比较器351相似的方式设置在每一列中的计数器352正在进行操作，斜坡波形RAMP的一定电位Vslop和计数器值在具有彼此一一对应的关系的情况下改变，由此将垂直信号线的电位(模拟信号)VSL转换为数字信号。参考电压Vslop的改变将电压上的改变转换为时间上的改变。以一定周期(时钟)对时间进行计数，从而使时间被转换为数字值。然后，当模拟电信号VSL和参考电压Vslop彼此相交时，比较器351的输出被反转以停止计数器352的输入时钟，AD转换完成。上述模数转换期间结束之后，水平传送扫描电路330将锁存器353保留的数据经由水平传送线390和放大器电路370输入到信号处理电路380，生成二维图像。从而列平行输出处理被执行。顺便说一下，后面将详细描述在这种情况下采用的比较器351的具体配置。用作半导体装置的CMOS图像传感器300也具有图9的层压结构。在本实施例中，该层压结构基本上具有设置在第一芯片110中的像素阵列部310。设置在第二芯片120中的是行选择电路320、水平传送扫描电路330、定时控制电路340、ADC组350、DAC (斜坡信号发生器)360、放大器电路(S/A) 370、信号处理电路380以及水平传送线390。经由形成在第一芯片110中的TCV在第一芯片110和第二芯片120之间传输和接收像素驱动信号、来自像素(传感器)的模拟读出信号以及电源电压等。〈2. 3固态成像装置中的设置和配置的第一示例>下面将描述一种配置示例，其中，包括图17中列平行ADC的CMOS图像传感器的组成元件被设置在层压结构的第一芯片和第二芯片中。图18是示出根据本实施例的包括列平行ADC的CMOS图像传感器中的电路等的设置和配置的第一示例的图。同样在图18中，第一芯片IlOD和第二芯片120D被二维展开示出，以便于理解具有层压结构的第一芯片IlOD和第二芯片120D的电路等的设置。在图18中省略了定时控制电路340、放大器电路370以及信号处理电路380。这些电路被设置在第二芯片120D中。如上所述，层压结构基本上具有设置在第一芯片IlOD中的像素阵列部310。设置在第二芯片120D中的是行选择电路320、水平传送扫描电路330、定时控制电路340、ADC组350的比较器351、计数器352和锁存器353、以及DAC (斜坡信号发生器)360。像素驱动信号、来自像素(传感器)的模拟读出信号、以及电源电压等经由形成在第一芯片IlOD中的TCV在第一芯片IlOD和第二芯片120D之间被传输和接收。顺便说一下，在本实施例中，与设置在第一芯片IlOD中的像素等的放大晶体管一起形成源极跟随器的电流源IS被设置在第二芯片120D中。图18中的设置和配置示例与图13中的设置和配置示例类似。在图18中的CMOS图像传感器300A中，用于对传送晶体管(传送开关)进行接通-断开控制的传送控制信号TRG具有等效于图13中的第一时钟CLKll的功能，该传送控制信号TRG从行选择电路320输出。为此，对生成斜波的定时进行控制，以为VSL[m]提供使其变为充分静定的时间，借此，在如图14中所示抑制由来自相邻TCV的干扰导致的误差的同时，信号能够被传输。图19是示出传输离散时间模拟信号的TCV被集中设置并设置成与传输数字信号的TCV分开的示例的图。如上所述的配置能够抑制来自相邻TCV的干扰。然而，例如在图18的系统中，行选择电路320的输出是普通的用于接通和断开开关的数字信号，不容易减少来自这些信号对于信号线LSGN[n]的干扰。
因而，如图19所示，在本技术中有效的是以集中方式设置用于传输离散时间模拟信号的TCV并以与传输数字信号的TCV分开的方式设置用于传输离散时间模拟信号的TCV。在图19的示例中，用于设置数字信号使用的TCV的区域410和420被形成在第一芯片IlOE中像素阵列部310的图19中的左侧部分和右侧部分两者中。用于设置用于模拟信号的TCV的区域430被形成在像素阵列部310的图19中的下侧部分。〈2. 4固态成像装置中的设置和配置的第二示例>图20是示出根据本实施例的包括列平行ADC的CMOS图像传感器中的电路等的设置和配置的第二示例的图。图20中的CMOS图像传感器300B是在像素阵列部310B中多个像素共享一个浮动扩散体FD的示例。在图20所示的示例中，两个像素共享浮动扩散体FD、复位晶体管213、放大晶体管214以及选择晶体管215。每个像素包括光电转换元件(光电二极管)211和传送晶体管212。在这种情况下同样地，基本上，像素阵列部310B设置在第一芯片IlOF中，其他配置与图18的配置相似。〈2. 5固态成像装置中的设置和配置的第三示例>图21是示出根据本实施例的包括列平行ADC的CMOS图像传感器中的电路等的设置和配置的第二示例的图。与图20 —样，图21中的CMOS图像传感器300C是在像素阵列部310C中多个像素共享一个浮动扩散体FD的示例。在这种情下同样地，基本上，像素阵列部310C设置在第一芯片IlOG中。在本示例中，TCV 114G被形成在共享区域附近。通过将形成在第一芯片IIOG和第二芯片120G中的金属(例如铜)连接电极通过金属彼此连接，来形成TCVl 14G。输出至垂直信号线LSGN的像素信号经由TCV 114G被提供给位于第二芯片120G侧的比较器351。<3.比较器的配置示例>接下来将描述应用到ADC组并形成列ADC的比较器351的配置的具体示例。当执行如上所述的本技术的实施例时，量化器或比较器是在作为数字芯片的第二芯片上被实施的，人们担心相比于这些电路在模拟芯片上被实施的情况，量化器或比较器的噪声可能会增大。下面将示出图17至图21的CMOS图像传感器中有效对抗该噪声的比较器的配置示例。<3.1比较器的配置的基本示例>图22是示出根据本实施例的比较器的配置的第一示例的电路图。在下文中的比较器用参考数字500标识。图22示出了通过使用镜像电容极大地限制波段来减少噪声的比较器的配置示例。这样配置该比较器减小了比较器输出的噪声功率。所以，能够弥补在作为数字芯片的第二芯片上实施该比较器的缺点。
如图22所示，设置在每一列中的比较器500包括级联的第一放大器510和第二放大器520、以及用作实现镜像效果的电容的电容器C530。电容连接在处于第二阶段的第二放大器520的共源放大器的输入和输出之间。该电容发挥镜像效果，等同于增益倍的电容与共源输入相连。因此，通过小电容使每一个比较器500的波段大大地变窄。各个比较器500具有在行操作开始时执行初始化(自动归零:AZ)和采样以确定每一列中的操作点的功能。顺便说一下，在本实施例中，第一导电类型是P型沟道或η型沟道，第二导电类型是η型沟道或P型沟道。第一放大器510包括用作绝缘栅极场效应晶体管的P型沟道MOS(PMOS)晶体管ΡΤ511 到 ΡΤ514 以及 η 型沟道 MOS (NMOS)晶体管 ΝΤ511 到 ΝΤ513。第一放大器510包括用作AZ电平米样电容(输入电容)的第一和第二电容器C511和 C512。

PMOS晶体管ΡΤ511的源极和PMOS晶体管ΡΤ512的源极被连接至电源电位源VDD。PMOS晶体管ΡΤ511的漏极被连接至NMOS晶体管ΝΤ511的漏极。PMOS晶体管ΡΤ511的漏极和NMOS晶体管ΝΤ511的漏极之间的连接点形成节点ND511。此外，PMOS晶体管ΡΤ511的漏极和栅极彼此连接。PMOS晶体管ΡΤ511的漏极和栅极之间的连接点被连接至PMOS晶体管ΡΤ512的栅极。PMOS晶体管ΡΤ512的漏极被连接至NMOS晶体管ΝΤ512的漏极。PMOS晶体管ΡΤ512的漏极和NMOS晶体管ΝΤ512的漏极之间的连接点形成第一放大器510的输出节点ND512。NMOS晶体管ΝΤ511和NMOS晶体管ΝΤ512的源极彼此连接。NMOS晶体管ΝΤ511和NMOS晶体管ΝΤ512的源极之间的连接点被连接至NMOS晶体管ΝΤ513的漏极。NMOS晶体管ΝΤ513的源极被连接至参考电位源(例如接地电位)GND。NMOS晶体管NT511的栅极被连接至电容器C511的第一电极。NMOS晶体管NT511的栅极和电容器C511的第一电极之间的连接点形成节点ND513。电容器C511的第二电极被连接至用于输入斜坡信号RAMP的输入端子TRAMP。NMOS晶体管NT512的栅极被连接至电容器C512的第一电极。NMOS晶体管NT512的栅极和电容器C512的第一电极之间的连接点形成节点ND514。电容器C512的第二电极被连接至用于输入模拟信号VSL的输入端子TVSL。此外，NMOS晶体管NT513的栅极被连接至于用于输入偏压信号BIAS的输入端子TBIAS0PMOS晶体管PT513的源极被连接至节点ND511。PMOS晶体管PT513的漏极被连接至节点ND513。PMOS晶体管PT514的源极被连接至节点ND512。PMOS晶体管PT514的的漏极被连接至节点ND514。PMOS晶体管PT513和PT514的栅极被连接至用于输入第一 AZ信号PSEL的公共输入端子TPSEL，该第一 AZ信号在低电平时起作用(active)。具有这种配置的第一放大器510中的PMOS晶体管PT511和PT512构成电流镜电路。NMOS晶体管NT511和NT512构成具有用作电流源的NMOS晶体管NT513的差分比较器部(跨导放大器(Gm放大器))511。此外，PMOS晶体管PT513和PT514充当AZ(自动归零初始化)开关。电容器C511和C512充当AZ电平采样电容。第一放大器510的输出信号Istcomp从输出节点ND512输出至第二放大器520。第二放大器520包括PMOS晶体管PT521、NMOS晶体管NT521和NT522、以及用作AZ电平采样电容的第三电容器C521。 PMOS晶体管PT521的源极被连接至电源电位源VDD。PMOS晶体管PT521的栅极被连接至第一放大器510的输出节点ND512。PMOS晶体管PT521的漏极被连接至NMOS晶体管NT521的漏极。PMOS晶体管PT521的漏极和NMOS晶体管NT521的漏极之间的连接点形成输出节点ND521。NMOS晶体管NT521的源极被连接至接地电位GND。NMOS晶体管NT521的栅极被连接至电容器C521的第一电极。NMOS晶体管NT521的栅极和电容器C521的第一电极之间的连接点形成节点ND522。电容器C521的第二电极被连接至接地电位GND。NMOS晶体管NT522的漏极被连接至节点ND521。NMOS晶体管NT522的源极被连接至节点ND522。NMOS晶体管NT522的栅极被连接至用于输入在高电平时起作用的第二 AZ信号NSEL的输入端子TNSEL。第二 AZ信号NSEL采取对提供给第一放大器510的第一 AZ信号PSEL的电平互补的电平。在具有这种配置的第二放大器520中，PMOS晶体管PT521形成输入和放大电路。NMOS晶体管NT522充当AZ开关。电容器C521充当AZ电平采样电容。第二放大器520的输出节点ND521被连接至比较器500的输出端子TOUT。电容器C530具有连接至作为共源放大器的PMOS晶体管PT521的栅极(输入)的第一电极，并具有连接至PMOS晶体管PT521的漏极(输出)的第二电极。该电容器C530发挥镜像效果，等同于增益倍的电容与共源输入相连。令Av2是PMOS晶体管PT521的增益，并令C是电容器C530的电容，那么从第一放大器510的输出角度看，电容与增益相乘，表示为{C*(1+Av2)}。所以，小电容值满足了电容器C530的需要。因此，通过小电容使比较器500的波段大大地变窄。将镜像电容插入比较器500的第一阶段中的第一放大器510的输出的方法基本上是减少噪声波段(即，操作波段)的方法。所以，操作速度降低，从而一定水平以上的噪声减少效果较小。进一步地，由于通过波段限制进行的噪声减少原理，该配置对于低频噪声(诸如闪烁噪声、RTS噪声等等)效果甚微。下面将描述在比较器500中能够进一步减少噪声，或尤其是减少低频噪声的配置。下文即将描述的比较器的特征在于第一放大器的配置。顺便说一下，在下文描述中，为了方便理解，与图22中的组成部件基本相同的组成部件用相同的参考数字标识。
<3. 2能够减少低频噪声的比较器的配置的基本示例>配置的基本概念图23是示出根据本实施例的具有隔离器的比较器的基本概念的图，该比较器能够减少低频噪声。图24是示出作为图23的比较器的对照示例的不具有隔离器的比较器的基本概念的图。根据本实施例的比较器500A包括自动归零电平采样电容C511和C512、自动归零开关AZS511、在第一阶段中包括跨导(Gm)放大器511的第一放大器510A、以及第一放大器510A之后的第二放大器520A。与作为对照示例示出的图24的比较器500B不同，根据本实施例的比较器500A包括用于抑制电压波动的隔离器530，该隔离器530至少设置在第一放大器510A的输出节点侧。顺便提及，在图23和图24中，仅第二阶段中的第二放大器被示出在第一放大器510A之后的阶段中。然而，在第一放大器510A之后可以有任意数量的阶段。下面将按如下假设进行描述第一放大器510A的输入侧节点ND513为节点a，第一放大器510A的另一个 输入侧节点ND514为节点b，第一放大器510A中的Gm放大器511的输出部分为节点C，第一放大器510A的输出节点ND512为节点d。第一放大器510A中的差分比较器部(Gm放大器)511的输出部分的节点c对应于图22的比较器500中的第一放大器510中的NMOS晶体管NT512的漏极端子侧。隔离器530将第一阶段中的Gm放大器511的输出节点c的电压与大振幅电压节点d隔开，并将第一阶段中的Gm放大器511的输出节点c的电压尽可能保持为恒定。自动归零开关AZS511被连接在位于隔离器530的输出侧的节点d和高阻抗节点b之间。输入斜率信号的时间处的波形下面将考虑固定输入信号被输入至比较器的一个输入(IN2)和斜率信号被输入至比较器的另一个输入(INl)的情况。在此情况下，斜率信号指的是其信号电平和RAMP波形一样以一定斜率降低或上升的信号。图25是示出寄生电容出现在根据图23中本实施例的比较器中的Gm放大器的输入侧节点和输出侧节点之间的示例的图。图26A至26D是示出在图25的配置示例中出现寄生电容的情况下，在输入斜率信号的时间各个节点的波形的示意图。图27是示出寄生电容出现在图24的对照示例中的Gm放大器的输入侧节点和输出侧节点之间的示例的图。图28A至28D是示出在图27所示配置示例中出现寄生电容的情况下，在输入斜率信号的时间处各个节点的波形的图。当将固定输入信号输入至根据本实施例的比较器500A的一个输入(IN2)并将斜率信号输入至比较器500A的另一个输入(INl)时，如图26B所示，节点d具有远陡于输入斜率信号的斜率波形。然而，第一阶段中Gm放大器511的输出节点c的电压由隔离器530保持恒定。
因此，即使当寄生电容Cp出现在节点b和节点c之间时，节点b被保持在固定电压而不被干扰，如图26C所示。所以，如图26D所示，对于比较器500A的第一阶段中的Gm放大器511的差分输入信号(a_b),输入斜率(INl)被依照原样传播。另一方面，如图28B所示，在对照示例的比较器500B的配置中，节点c具有非常陡的斜率波形。因此，通过节点b和节点c(图7)之间的寄生电容Cp将该斜率注入节点b。结果是，如图28D所示，比较器500B的第一阶段中的Gm放大器的差分输入信号(a-b)的斜率远不及输入斜率(INl)陡。噪声减少接下来将考虑减少噪声。图29是协助解释比较器的第一阶段中的Gm放大器的噪声源的图。图30A和30B是示出将电压噪声转换为时间噪声的示例的图。比较器500A和500B的第一阶段中的Gm放大器511具有一定的输入转换噪声源。如图29所示，该噪声源能够被描述为输入转换噪声源N0S。当将固定输入信号输入至比较器500A和500B的一个输入(IN2)并将斜率信号(波形)输入至比较器500A和500B的另一个输入(INl)时，如图30A和30B所示转换上述 电压噪声。具体地，将电压噪声转换为时间轴上的噪声(所谓的抖动)，其中，第一阶段中的Gm放大器511的差分输入信号(a-b)的坡度用作转换增益。因此，当差分输入信号(a-b)的坡度衰减时，比较器500A和500B的输出噪声增加。正如已经描述过的，如图30A所示，本配置的比较器500A减少了坡度的衰减。因而减少了比较器500A的输出噪声。顺便说一下，当差分输入信号(a-b)的坡度增大时，比较器500A的第一阶段中的Gm放大器511的操作在速度上被提高。也就是说，比较器500A的波段也被提高。所以，关于诸如热噪声等的影响甚高频的噪声，差分输入信号(a-b)的坡度的增大的作用小于正比例。另一方面，关于诸如闪烁噪声和RTS噪声等的低频噪声，差分输入信号(a-b)的坡度的增大作用几乎成正比。也就是说，本技术在减少这种低频噪声方面尤其有效。〈3. 3能够减少低频噪声的比较器的电路配置的具体示例>电路配置的第一示例图31是示出根据本实施例的能够减少低频噪声的比较器的电路配置的第一示例的图。通过在输出节点ND512和NMOS晶体管NT512的漏极端子(输出端子)侧之间设置隔离器530C来形成图31中的比较器500C，该NMOS晶体管NT512形成图22的比较器500中的第一放大器510的NMOS差分对(Gm放大器)。顺便提及，在图31中，图22中示出为自动归零开关的PMOS晶体管PT513和PT514被示为自动归零开关AZS511和AZS512，NMOS晶体管NT513被示为电流源1511。
图25中示出的寄生电容Cp在图31的比较器500C情况下主要由NMOS差分对的NMOS晶体管NT512的栅极-至-漏极电容Cgd和NMOS晶体管NT512的栅极和漏极的各条金属布线之间的寄生电容构成。电路配置的第二示例图32是示出根据本实施例的能够减少低频噪声的比较器的电路配置的第二示例的图。在图32的比较器500D中，图31的比较器500C中的隔离器530C由NMOS晶体管NT514构成。NMOS晶体管NT514的漏极被连接至第一放大器510D的输出节点ND512 (d)。NMOS晶体管NT514的源极被连接至形成Gm放大器的NMOS晶体管NT512的漏极(节点c)。在图32所示比较器500D中，形成隔离器530C的NMOS晶体管NT514的栅极被连接至用于提供偏置电压VBIAS的线路。因此，固定电流流经NMOS晶体管NT514。因而，即使当NMOS晶体管NT512的栅极(输入节点b)和漏极(输出节点c)之间存在寄生电容，也能抑制电压波动，减少低频噪声。顺便说一下，用于隔离的晶体管不限于与差分对的晶体管相同的类型。电路配置的第三示例图33是示出根据本实施例的能够减少低频噪声的比较器的电路配置的第三示例的图。图33的比较器500 E与图32的比较器500D的不同之处在于，比较器500E中隔离器530C的NMOS晶体管NT514的栅极被连接至电源电压源VDD，替代连接至用于提供偏置电压VBIAS的线路。图32的比较器500D需要另一个偏置电压VBIAS来操作NMOS晶体管NT514。当比较器500D用在例如CMOS图像传感器等的列平行单斜率AD转换器中时，偏置电压VBIAS的必要性引起了以下担心等等(I)列之间的干扰、(2) VBIAS布线面积的增加、以及(3) VBIAS发生电路的必要性。另一方面，图33所示的NMOS晶体管NT514的栅极被连接至电源电压源VDD的比较器500E避免了这些担心，因而尤其适用于列平行单斜率AD转换器的实现。电路配置的第四示例图34是示出根据本实施例的能够减少低频噪声的比较器的电路配置的第四示例的图。图34的比较器500F在以下方面与图31的比较器500C不同。比较器500F进一步包括第二隔离器540，该第二隔离器设置在位于负载侧的节点ND511 (节点f)和形成NMOS差分对(Gm放大器)的NMOS晶体管NT511的漏极端子(节点
e)之间。由于PMOS负载形成二极管连接，所以节点e有低阻抗，也就是说，节点e被保持在大体上恒定的电压，从而使隔离不会起太大作用。因此，不需要为节点e提供隔离。然而，图34所示的比较器500F具有高度的电路对称性。具有自动归零功能的比较器500F因而能够以更高精度实现比较操作。
电路配置的第五示例图35是示出根据本实施例的能够减少低频噪声的比较器的电路配置的第五示例的图。在图35的比较器500G中，图34的比较器500F中的隔离器540由NMOS晶体管NT515构成。NMOS晶体管NT515的漏极被连接至第一放大器510G的负载侧节点ND511 (节点
f)。NMOS晶体管NT515的源极被连接至形成Gm放大器的NMOS晶体管NT511的漏极(节点e)。在图35所示的比较器500G中，形成隔离器530C的NMOS晶体管NT514的栅极和形成隔离器540的NMOS晶体管NT515的栅极都被连接至用于提供偏置电压VBIAS的线路。因此固定电流流经NMOS晶体管NT514。因而，即使当NMOS晶体管NT512的栅极(输入节点b)和漏极(输出节点c)之间存在寄生电容时，也能抑制电压波动，减少低频噪声。相似地，因此固定电流流经NMOS晶体管NT515。因而，即使当NMOS晶体管NT511的栅极(输入节点a)和漏极(输出节点e)之间存在寄生电容时，也能抑制电压波动，减少
低频噪声。在此情况下，同样地，用于隔离的晶体管不限于与差分对的晶体管相同的类型。

电路配置的第六示例图36是示出根据本实施例的能够减少低频噪声的比较器的电路配置的第六示例的图。图36的比较器500H在以下方面与图35所示的比较器500G不同。在比较器500H中，隔离器530C的NMOS晶体管NT514的栅极和形成隔离器540的NMOS晶体管NT515的栅极被连接至电源电压源VDD，替代了连接至用于提供偏置电压VBIAS的线路。图35的比较器500G需要另一个偏置电压VBIAS来操作NMOS晶体管NT514和NT515。如电路配置的第三示例这种情况，当比较器500G用在例如CMOS图像传感器等的列平行单斜率AD转换器中时，偏置电压VBIAS的必要性引起了以下担心等等(I)列之间的干扰、(2) VBIAS布线面积的增加、以及(3) VBIAS发生电路的必要性。另一方面，图36的其中NMOS晶体管NT514和NT515的栅极被连接至电源电压源VDD的比较器500H免除了这些担心，因而尤其适用于列平行单斜率AD转换器的实现。有效实施的示例下面将描述根据本实施例的能够减少低频噪声的比较器的有效实施的示例。图37A和图37B是示出协助解释根据本实施例的能够减少低频噪声的比较器的有效实施的示例的图。如图37A所示，该实施示例涉及图36的具有高度对称性的比较器500H。在图37A和图37B中，由Ml和M2指示NMOS差分对晶体管NT511和NT512，由M5和M6指示隔离晶体管NT514和NT515。使差分对晶体管Ml和M2的沟道宽度W和隔离晶体管M5和M6的沟道宽度相一致。此外，使每个差分对晶体管Ml和M2均具有奇数个手指(finger)。隔离晶体管M5和M6和差分对晶体管Ml和M2因而具有公共沟道区域。结果是，位于差分对晶体管Ml和M2两端的沟道区域自然延伸。众所周知，这种实施方法减轻低频噪声(诸如闪烁噪声、RTS噪声等)(“Impact of STA Effect onFlicker Noise in 0. 13um RF nMOSFETs”，于 2007年 12 月发表在 IEEE 电子器件汇刊(IEEETRANSACTIONS ON ELECTRON DEVICES)，卷 54，No. 12，pp. 3383-3392)。因此，当实施本技术时，通过上述两种机制(电路操作和工艺特性)能够减轻低频噪声。如上所述，根据本实施例，能够获得下面效果。与现有层压结构相比，本技术能够减少TCV的数量，而不会在传输的信号中引起误差。此外，本技术消除了对模拟芯片上量化器(比较器)的电路的需求。因此，能够将模拟芯片的面积减小到由传感器单独确定的面积。例如，因为图像传感器(像素)的面积由系统的光学尺寸确定，这通常意味着大体上能够将模拟芯片小型化到模拟芯片能够最小化的极限。如上所述，模拟芯片具有比逻辑芯片(数字芯片)更多的工艺。因此，即使当芯片具有相同面积时，模拟芯片的成本也要高于逻辑芯片(数字芯片)的成本。此外，本技术能够将要设置在模拟芯片上的电路限制到有关传感器的部分，因此能够省略有关布线和晶体管制造的过程。通常，用于制造比较器等的电路的晶体管和用于形成传感器的晶体管是以如下过程制造的，包括对用于制造比较器等的电路的晶体管和用于形成传感器的晶体管不同的过程。因此，比较器等的电路的缺失能够减少这些过程。相似地，因为复杂布线不需要设置在模拟芯片上，因此能够减少布线的总数量。由于上述的两个原因，本技术能够极大地减少半导体装置的成本，而不会削弱从传感器输出的信号。此外，如上所述，根据本实施例的比较器500C至500H具有使用共源共栅(cascode)晶体管减少噪声的配置。在比较斜率信号例如斜坡信号时，通过避免由于输出节点和输入节点之间的耦合引起的有效输入信号振幅的衰减，这些配置能够减少比较器的输入转换噪声。因此，在具有自动归零功能的比较器以及使用该比较器的单斜率AD转换器和固态成像装置中，能够减少噪声，或尤其是低频噪声(诸如闪烁噪声、RTS噪声等)。顺便说一下，当具有这种特性的比较器应用到图9的层压结构中用作数字芯片的第二芯片时，获得了极好的噪声减少效果。然而，即使当比较器安装在用作模拟芯片的第一芯片侧，且在电路配置不为层压结构的情况下，也能获得极好的噪声减少效果。然后，如上所述，在使用具有自动归零功能的比较器的单斜率AD转换器和固态成像装置中，能够减少噪声，或尤其是低频噪声(诸如闪烁噪声、RTS噪声等)。顺便说一下，在本实施例中，已经描述了作为半导体装置的示例的CMOS图像传感器的配置。上述配置能够被应用到背面照明式CMOS图像传感器以发挥上述每一种效果。然而，即使是在正面照明式CMOS图像传感器中，也能够充分发挥上述各种效果。具有这种配置的固态成像装置能够作为成像装置被应用在数码照相机和摄像机中。〈4.相机系统的配置示例〉图38是示出应用了根据本实施例的固态成像装置的相机系统的配置示例的图。如图38所示，本相机系统600具有应用了根据本实施例的CMOS图像传感器(固态成像装置)200、300以及300A至300C的成像装置610。相机系统600进一步包括用于将入射光引导至成像装置610的像素区域的光学系统(用于形成对象图像)，例如用于在成像表面形成入射光(图像光)的图像的透镜620。相机系统600包括用于驱动成像装置610的驱动电路(DRV) 630和用于处理成像装置610的输出信号的信号处理电路(PRC)640。驱动电路630具有用于生成各种定时信号的定时发生器(未示出)，该定时信号包括用于驱动成像装置610中的电路的开始脉冲和时钟脉冲。驱动电路630通过预定的定时信号驱动成像装置610。此外，信号处理电路640对成像装置610的输出信号进行预定的信号处理。由信号处理电路640处理的图像信号被记录在例如诸如存储器的记录介质上。记录介质上记录的图像信息被打印机等转换为硬拷贝形式。此外，由信号处理电路640处理的图像信号被示为由液晶显示器等构成的监控器上的活动图像。如上所述，通过将上述用作成像装置610的固态成像装置200、300以及300A至300C包括在成像装置(诸如数码照相机等)中，能够实现高精度相机。顺便说一下，本技术能够采用以下构成。(I) 一种比较器，其包括第一输入米样电容；第二输入采样电容；输出节点；用作差分比较器部的跨导(Gm)放大器，被配置成经由所述第一输入采样电容在所述Gm放大器的一个输入端子处接收信号电平的变化具有一斜率的斜率信号，经由所述第二输入采样电容在所述Gm放大器的另一输入端子处接收输入信号，并对所述斜率信号和所述输入信号进行比较操作；以及隔离器，被配置成将所述Gm放大器的输出部的电压保持恒定，所述隔离器被设置在所述Gm放大器的所述输出部和所述输出节点之间。(2)根据上述⑴的比较器，其中，所述Gm放大器包括差分对晶体管，被配置成经由所述第一输入采样电容在所述差分对晶体管中的一个晶体管的栅极处接收斜率信号，经由所述第二输入采样电容在所述差分对晶体管中的另一个晶体管的栅极处接收输入信号，并对所述斜率信号和所述输入信号进行比较操作，位于所述差分对晶体管的负载侧的晶体管对，以及初始化开关，被配置成在行操作开始时确定操作点，所述初始化开关被连接在所述差分对晶体管的栅极和漏极之间，位于负载侧的晶体管对中的一个晶体管被连接至所述输出节点，以及所述隔离器被连接在所述差分对晶体管中的一个晶体管的输出部和所述输出节点之间。(3)根据上述⑵的比较器，其中，所述隔离器包括隔离晶体管，该隔离晶体管被共源共栅连接至所述差分对晶体管中的一个晶体管，所述隔离晶体管的栅极被偏置到预定电位。(4)根据上述(2)或(3)的比较器，进一步包括第二隔离器，所述第二隔离器被配置成将所述差分对晶体管中的另一个晶体管的输出部的电压保持恒定，所述第二隔离器位于所述差分对晶体管中的另一个晶体管的输出部和位于负载侧的晶体管对中的另一个晶体管的连接节点之间。(5)根据上述⑷的比较器，其中，所述第二隔离器包括被共源共栅连接至所述差分对晶体管中的另一个晶体管的隔离晶体管，所述隔离晶体管的栅极被偏置到预定电位。(6)根据上述(5)的比较器，其中，所述差分对晶体管和所述隔离晶体管具有公共沟道区域。(7)根据上述(3)或(5)的比较器，其中，所述隔离晶体管的栅极被连接至用于提供偏置电压的线路。(8)根据上述⑶或(5)的比较器，其中，所述隔离晶体管的栅极被连接至电源电压源。(9) 一种AD转换器，其包括比较器，被配置成对斜率信号和输入信号进行比较和确定，并基于所述确定输出确定信号，斜率信号的信号电平的变化具有一斜率；以及计数器，被配置成对所述比较器的比较时间进行计数，并获得数字信号；其中，所述比较器包括第一输入米样电容，第二输入采样电容，输出节点，用作差分比较器部的跨导(Gm)放大器，被配置成经由所述第一输入采样电容在所述Gm放大器的一个输入端子处接收信号电平的变化具有一斜率的斜率信号，经由所述第二输入采样电容在所述Gm放大器的另一输入端子处接收输入信号，并对所述斜率信号和所述输入信号进行比较操作，以及隔离器，被配置成将所述Gm放大器的输出部的电压保持恒定，所述隔离器被设置在所述Gm放大器的输出部和所述输出节点之间。(10)根据上述(9)的AD转换器，其中，所述Gm放大器包括差分对晶体管，被配置成经由所述第一输入采样电容在所述差分对晶体管中的一个晶体管的栅极处接收斜率信号，经由所述第二输入采样电容在所述差分对晶体管中的另一个晶体管的栅极处接收输入信号，并对所述斜率信号和所述输入信号进行比较操作，位于所述差分对晶体管的负载侧的晶体管对，以及初始化开关，被配置成在行操作开始的时候确定操作点，所述初始化开关被连接在所述差分对晶体管的栅极和漏极之间，
位于负载侧的晶体管对中的一个晶体管被连接至所述输出节点，以及所述隔离器被连接在所述差分对晶体管中的一个晶体管的所述输出部和所述输出节点之间。(11)根据上述(10)的AD转换器，其中，所述隔离器包括隔离晶体管，该隔离晶体管被共源共栅连接至所述差分对晶体管中的一个晶体管，所述隔离晶体管的栅极被偏置到预定电位。(12)根据上述(10)或(11)的AD转换器，其进一步包括第二隔离器，所述第二隔离器被配置成将所述差分对晶体管中的另一个晶体管的输出部的电压保持恒定，所述第二隔离器位于所述差分对晶体管中的另一个晶体管的输出部和位于负载侧的晶体管对中的另一个晶体管的连接节点之间。(13)根据上述(12)的AD转换器，其中，所述第二隔离器包括被共源共栅连接至所述差分对晶体管中的另一个晶体管的隔离晶体管，所述隔离晶体管的栅极被偏置到预定电位。(14)根据上述(13)的AD转换器，其中，所述差分对晶体管和所述隔离晶体管具有公共沟道区域。(15)根据上述(11)或(13)的AD转换器，其中，所述隔离晶体管的栅极被连接至用于提供偏置电压的线路。(16)根据上述(11)或(13)的AD转换器， 其中，所述隔离晶体管的栅极被连接至电源电压源。(17) —种固态成像装置，包括像素阵列部，在该像素阵列部中，被配置成执行光电转换的多个像素以矩阵形式设置；以及像素信号读出部，被配置成从所述像素阵列部中读出多个像素单位的像素信号；其中，所述像素信号读出部包括多个比较器，被配置成对读出的信号电位和斜率信号进行比较和确定，并基于所述确定输出确定信号，所述斜率信号的信号电平的变化具有一斜率，所述多个比较器被设置成对应于所述像素的列排列，以及多个计数器，被配置为对相应比较器的比较时间进行计数，并获得数字信号，每个比较器包括第一输入米样电容，第二输入采样电容，输出节点，用作差分比较器部的跨导(Gm)放大器，被配置成经由所述第一输入采样电容在所述Gm放大器的一个输入端子处接收信号电平的变化具有一斜率的斜率信号，经由所述第二输入采样电容在所述Gm放大器的另一输入端子处接收输入信号，并对所述斜率信号和所述输入信号进行比较操作；以及隔离器，被配置成将所述Gm放大器的输出部的电压保持恒定，所述隔离器被设置在所述Gm放大器的所述输出部和所述输出节点之间。(18)根据上述(17)的固态成像装置，其进一步包括
第一芯片；以及第二芯片；其中，所述第一芯片和所述第二芯片具有通过层压所述第一芯片和所述第二芯片而形成的层压结构，所述像素阵列部和用于传输时间离散的模拟像素信号的信号线被设置在所述第一芯片中，所述像素信号读出部被设置在所述第二芯片中，以及所述第一芯片和所述第二芯片之间的布线通过通孔连接。(19) 一种相机系统,包括固态成像装置；以及光学系统，被配置为在所述固态成像装置上形成对象图像；其中，所述固态成像装置包括像素阵列部，在所述像素阵列部中，被配置成执行光电转换的多个像素以矩阵形式设置，以及像素信号读出部，被配置成从所述像素阵列部中读出多个像素单位的像素信号，所述像素信号读出部包括多个比较器，被配置成对读出的信号电位和斜率信号进行比较和确定，并基于所述确定输出确定信号，所述斜率信号的信号电平的变化具有一斜率，所述多个比较器被设置成对应于所述像素的列排列，以及多个计数器，被配置成对相应比较器的比较时间进行计数，并获得数字信号，以及每个比较器包括第一输入米样电容，第二输入采样电容，输出节点，用作差分比较器部的跨导(Gm)放大器，被配置成经由所述第一输入采样电容在所述Gm放大器的一个输入端子处接收信号电平的变化具有一斜率的斜率信号，经由所述第二输入采样电容在所述Gm放大器的另一输入端子处接收输入信号，并对所述斜率信号和所述输入信号进行比较操作；以及隔离器，被配置成将所述Gm放大器的输出部的电压保持恒定，所述隔离器被设置在所述Gm放大器的所述输出部和所述输出节点之间。本公开包含与2011年10月21日向日本专利局提交的日本优先权专利申请No. 2011-232283所公开的主题相关的主题，其全部内容通过引用结合于此。本领域的技术人员应该理解，只要所附权利要求书或其等同物所定义范围之内，可以根据设计要求和其他要素进行各种修改、组合、子组合以及更改。
权利要求
1.一种比较器，其包括 第一输入米样电容； 第二输入米样电容； 输出节点； 用作差分比较器部的跨导Gm放大器，被配置成经由所述第一输入采样电容在所述Gm放大器的一个输入端子处接收斜率信号，经由所述第二输入米样电容在所述Gm放大器的另一输入端子处接收输入信号，并对所述斜率信号和所述输入信号进行比较操作，所述斜率信号的信号电平的变化具有一斜率；以及 隔离器，被配置成将所述Gm放大器的输出部的电压保持恒定，所述隔离器被设置在所述Gm放大器的所述输出部和所述输出节点之间。
2.根据权利要求1所述的比较器， 其中，所述Gm放大器包括 差分对晶体管，被配置成经由所述第一输入采样电容在所述差分对晶体管中的一个晶体管的栅极处接收所述斜率信号，经由所述第二输入采样电容在所述差分对晶体管中的另一个晶体管的栅极处接收所述输入信号，并对所述斜率信号和所述输入信号进行比较操作， 位于所述差分对晶体管的负载侧的晶体管对，以及 初始化开关，被配置成在行操作开始时确定操作点，所述初始化开关被连接在所述差分对晶体管的栅极和漏极之间， 位于所述负载侧的晶体管对中的一个晶体管被连接至所述输出节点，以及 所述隔离器被连接在所述差分对晶体管中的一个晶体管的输出部和所述输出节点之间。
3.根据权利要求2所述的比较器， 其中，所述隔离器包括隔离晶体管，该隔离晶体管被共源共栅连接至所述差分对晶体管中的一个晶体管，所述隔离晶体管的栅极被偏置到预定电位。
4.根据权利要求2所述的比较器，进一步包括第二隔离器，所述第二隔离器被配置成将所述差分对晶体管中的另一个晶体管的输出部的电压保持恒定，所述第二隔离器位于所述差分对晶体管中的另一个晶体管的输出部和位于所述负载侧的晶体管对中的另一个晶体管的连接节点之间。
5.根据权利要求4所述的比较器， 其中，所述第二隔离器包括被共源共栅连接至所述差分对晶体管中的另一个晶体管的隔离晶体管，所述隔离晶体管的栅极被偏置到预定电位。
6.根据权利要求5所述的比较器， 其中，所述差分对晶体管和所述隔离晶体管具有公共沟道区域。
7.根据权利要求3所述的比较器， 其中，所述隔离晶体管的栅极被连接至用于提供偏置电压的线路。
8.根据权利要求3所述的比较器， 其中，所述隔离晶体管的栅极被连接至电源电压源。
9.一种模数转换器，其包括比较器，被配置成对斜率信号和输入信号进行比较和确定，并基于所述确定输出确定信号，所述斜率信号的信号电平的变化具有一斜率；以及 计数器，被配置成对所述比较器的比较时间进行计数，并获得数字信号； 其中，所述比较器包括 第一输入米样电容， 第二输入米样电容， 输出节点， 用作差分比较器部的跨导Gm放大器，被配置成经由所述第一输 入采样电容在所述Gm放大器的一个输入端子处接收斜率信号，经由 所述第二输入米样电容在所述Gm放大器的另一输入端子处接收输入 信号，并对所述斜率信号和所述输入信号进行比较操作，所述斜率信 号的信号电平的变化具有一斜率，以及 隔离器，被配置成将所述Gm放大器的输出部的电压保持恒定， 所述隔离器被设置在所述Gm放大器的输出部和所述输出节点之间。
10.根据权利要求9所述的模数转换器， 其中，所述Gm放大器包括 差分对晶体管，被配置成经由所述第一输入采样电容在所述差分对晶体管中的一个晶体管的栅极处接收所述斜率信号，经由所述第二输入采样电容在所述差分对晶体管中的另一个晶体管的栅极处接收所述输入信号，并对所述斜率信号和所述输入信号进行比较操作， 位于所述差分对晶体管的负载侧的晶体管对，以及 初始化开关，被配置成在行操作开始时确定操作点，所述初始化开关被连接在所述差分对晶体管的栅极和漏极之间， 位于所述负载侧的晶体管对中的一个晶体管被连接至所述输出节点，以及 所述隔离器被连接在所述差分对晶体管中的一个晶体管的输出部和所述输出节点之间。
11.根据权利要求10所述的模数转换器， 其中，所述隔离器包括隔离晶体管，该隔离晶体管被共源共栅连接至所述差分对晶体管中的一个晶体管，所述隔离晶体管的栅极被偏置到预定电位。
12.根据权利要求10所述的模数转换器，其进一步包括第二隔离器，所述第二隔离器被配置成将所述差分对晶体管中的另一个晶体管的输出部的电压保持恒定，所述第二隔离器位于所述差分对晶体管中的另一个晶体管的输出部和位于所述负载侧的晶体管对中的另一个晶体管的连接节点之间。
13.根据权利要求12所述的模数转换器， 其中，所述第二隔离器包括被共源共栅连接至所述差分对晶体管中的另一个晶体管的隔离晶体管，所述隔离晶体管的栅极被偏置到预定电位。
14.根据权利要求13所述的模数转换器， 其中，所述差分对晶体管和所述隔离晶体管具有公共沟道区域。
15.根据权利要求11所述的模数转换器，其中，所述隔离晶体管的栅极被连接至用于提供偏置电压的线路。
16.根据权利要求11所述的模数转换器， 其中，所述隔离晶体管的栅极被连接至电源电压源。
17.一种固态成像装置，包括 像素阵列部，在该像素阵列部中，被配置成执行光电转换的多个像素以矩阵形式设置；以及 像素信号读出部，被配置成从所述像素阵列部读出多个像素单位的像素信号； 其中，所述像素信号读出部包括 多个比较器，被配置成对读出的信号电位和斜率信号进行比较和确定，并基于所述确定输出确定信号，所述斜率信号的信号电平的变化具有一斜率，所述多个比较器被设置成对应于所述像素的列排列，以及 多个计数器，被配置为对相应比较器的比较时间进行计数，并获得数字信号， 每个比较器包括 第一输入米样电容， 第二输入米样电容， 输出节点， 用作差分比较器部的跨导Gm放大器，被配置成经由所述第一输入采样电容在所述Gm放大器的一个输入端子处接收斜率信号，经由所述第二输入米样电容在所述Gm放大器的另一输入端子处接收输入信号，并对所述斜率信号和所述输入信号进行比较操作，所述斜率信号的信号电平的变化具有一斜率，以及 隔离器，被配置成将所述Gm放大器的输出部的电压保持恒定，所述隔离器被设置在所述Gm放大器的输出部和所述输出节点之间。
18.根据权利要求17所述的固态成像装置，其进一步包括 第一芯片；以及AA- ~· -H-* I I 弟一心片； 其中，所述第一芯片和所述第二芯片具有通过层压所述第一芯片和所述第二芯片而形成的层压结构， 所述像素阵列部和用于传输时间离散的模拟像素信号的信号线被设置在所述第一芯片中， 所述像素信号读出部被设置在所述第二芯片中，以及 所述第一芯片和所述第二芯片之间的布线通过通孔连接。
19.一种相机系统,包括 固态成像装置；以及 光学系统，被配置为在所述固态成像装置上形成对象图像； 其中，所述固态成像装置包括 像素阵列部，在所述像素阵列部中，被配置成执行光电转换的多个像素以矩阵形式设置，以及 像素信号读出部，被配置成从所述像素阵列部读出多个像素单位的像素信号， 所述像素信号读出部包括多个比较器，被配置成对读出的信号电位和斜率信号进行比较和确定，并基于所述确定输出确定信号，所述斜率信号的信号电平的变化具有一斜率，所述多个比较器被设置成对应于所述像素的列排列， 以及 多个计数器，被配置成对相应比较器的比较时间进行计数，并获得数字信号，以及 每个比较器包括 第一输入米样电容， 第二输入米样电容， 输出节点， 用作差分比较器部的跨导(Gm)放大器，被配置成经由所述第一输入采样电容在所述Gm放大器的一个输入端子处接收斜率信号，经由所述第二输入米样电容在所述Gm放大器的另一输入端子处接收输入信号，并对所述斜率信号和所述输入信号进行比较操作，所述斜率信号的信号电平的变化具有一斜率，以及 隔离器，被 配置成将所述Gm放大器的输出部的电压保持恒定，所述隔离器被设置在所述Gm放大器的所述输出部和所述输出节点之间。
全文摘要
本发明公开了比较器、AD转换器、固态成像装置以及相机系统。公开了一种比较器，包括第一输入采样电容；第二输入采样电容；输出节点；作为差分比较器部的跨导(Gm)放大器，被配置成通过所述第一输入采样电容在所述Gm放大器的一个输入端子处接收信号电平的变化具有一斜率的斜率信号，通过所述第二输入采样电容在所述Gm放大器的另一输入端子处的接收输入信号，以及对所述斜率信号和所述输入信号进行比较操作；以及隔离器，被配置成将所述Gm放大器的输出部的电压保持恒定，所述隔离器设置在所述Gm放大器的输出部和所述输出节点之间。
文档编号H04N5/225GK103066964SQ20121039484
公开日2013年4月24日 申请日期2012年10月15日 优先权日2011年10月21日
发明者植野洋介 申请人:索尼公司