比较器电路、成像装置和比较器电路的控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及比较器电路、使用该比较器电路的成像装置和比较器电路的控制方法。
【背景技术】
[0002]一般地，模数(A/D)转换器的配置包含比较器。A/D转换器用于例如成像装置。对于成像装置，存在如下技术:连接A/D转换器与以行和列布置的像素的各列并且通过A/D转换器将从像素中的每一个输出的模拟信号转换成数字数据。一些A/D转换器包含差分输入和单端输出型比较器。在各列中，在比较器中的每一个的输入端子之间存在偏移电压的变化。作为减少这种变化的方法，在日本专利申请公开N0.2010-16656中描述的消除偏移电压的技术是已知的。
[0003]但是，在日本专利申请公开N0.2010-16656所描述的偏移电压消除方法中，比较器的输入电压范围依赖于构成比较器的电流镜电路的晶体管的栅极和源极之间的电压而被限制。出于这种原因，依赖于晶体管的性能，比较器的输入电压范围可能相对于像素信号的输入电压范围不足够宽。
【发明内容】
[0004]根据本发明的一个方面，比较器电路包括:具有反相输入端子、非反相输入端子和输出端子的比较器；具有端子的第一开关，第一开关的端子中的一个端子与反相输入端子连接，第一开关的端子中的另一个端子与输出端子连接；具有端子的第一电容器，第一电容器的端子中的一个端子接收模拟信号，第一电容器的端子中的另一个端子与反相输入端子和第一开关的所述一个端子连接；具有端子的第二电容器，第二电容器的端子中的一个端子与所述非反相输入端子连接，第二电容器的端子中的另一个端子接收比较信号；和具有端子的第二开关，第二开关的端子中的一个端子与第二电容器的所述一个端子和所述非反相输入端子连接，第二开关的端子中的另一个端子接收固定电压。
[0005]参照附图阅读示例性实施例的以下描述，本发明的其它特征将变得清晰。
【附图说明】
[0006]图1是示出根据本发明的第一实施例的成像装置的电路配置的示意图。
[0007]图2A和图2B是示出根据本发明的第一实施例的比较单元㈧和比较器⑶的电路配置的示图。
[0008]图3是示出根据本发明的第一实施例的像素的电路配置和读出电路的配置的示图。
[0009]图4是示出根据本发明的第一实施例的基准信号产生单元的电路配置的示图。
[0010]图5是示出根据本发明的第一实施例的基准信号产生单元的操作的时序图。
[0011]图6是示出根据本发明的第一实施例的比较单元的操作的时序图。
[0012]图7是示出用于描述比较例的比较单元的电路配置的示图。
[0013]图8是示出比较例中的比较单元的操作的时序图。
[0014]图9是示出使用根据本发明的第一实施例的成像装置的成像系统的配置的示图。
[0015]图10是示出根据本发明的第二实施例的比较单元的配置的示图。
[0016]图11是示出根据本发明的第二示例性实施例的比较单元的操作的时序图。
[0017]图12是示出像素的电路配置和读出电路的配置的另一示图。
[0018]图13是示出根据本发明的第三示例性实施例的比较单元的操作的时序图。
[0019]图14是示出用于描述比较例的比较单元的另一电路配置的示图。
【具体实施方式】
[0020]现在将根据附图详细描述本发明的优选实施例。
[0021](第一实施例)
[0022]以下将描述根据本发明的第一实施例的成像装置和包含于设置在该成像装置的各列中的A/D转换器中的比较器。图1是示出根据本发明的第一实施例的成像装置的电路配置的示意图。成像装置100包含像素单元1、多个读出电路2、多个比较单元3、多个存储单元4、水平扫描电路5、基准信号产生单元6、计数器电路7和信号处理电路8。
[0023]像素单元I包含以行和列布置的多个像素。像素中的每一个分别向对于每个像素线布置的像素信号的多个输出线31输出信号。
[0024]读出电路2中的每一个通过像素信号的输出线31中的每一个与像素单元I中的像素列中的每一个连接，并且接收输入信号。读出电路2中的每一个从像素单元I接收输入信号，使信号经受放大处理，并且通过读出信号输出线13中的每一个将处理后的信号输出到比较单元3中的每一个的信号输入端子。
[0025]基准信号产生单元6选择性地产生在A/D转换时被用作基准信号的固定电压和作为比较信号的斜坡信号中的任一个，并且通过RAMP布线11向比较单元3中的每一个输出产生的信号。斜坡信号具有代表随时间单调增加或减小的电势的诸如锯齿波的波形。
[0026]比较单元3中的每一个是包含差分输入和单端输出型比较器的比较器电路。比较单元3中的每一个具有两个差分信号输入端子和一个信号输出端子，并且端子分别与比较器的差分输入端子和输出端子连接。比较单元3的差分输入端子中的一个通过读出电路的输出线13与读出电路2中的每一个连接，并且另一端通过RAMP布线11与基准信号产生单元6连接。比较单元3中的每一个比较从读出电路的输出线13输入的信号与从RAMP布线11输入的斜坡信号，并且向存储单元4中的每一个输出根据比较结果的信号。
[0027]存储单元4中的每一个与比较单元3中的每一个的输出端子、水平扫描电路5、计数器电路7和信号处理电路8连接。存储单元4中的每一个参照从计数器电路7输入的计数器信号将来自比较单元3中的每一个的输出信号转换成数字数据，并且在其中存储转换的数字数据。存储于存储单元4中的每一个中的数字数据基于从水平扫描电路5发送的信号被传送到信号处理电路8，并且经受信号处理。
[0028]下面将描述在成像装置100的电路中执行的A/D转换的概要。读出电路2的输出信号被输入到比较单元3的一个差分输入端子中，并且，在基准信号产生单元6中产生的斜坡信号通过RAMP布线11被输入到另一差分输入端子中。比较单元3比较从读出电路2输出的信号的电势与斜坡信号的电势，并且根据比较结果向存储单元4输出具有高电平(Highlevel)或低电平(Low level)的电势的信号。当从读出电路2输出的信号的电势与随时间改变的斜坡信号的电势之间的大小关系反转时，从比较单元3被输出到存储单元4的信号的电势从高转移到低或者从低转移到高。另一方面，计数器电路7通过计数数据布线12向存储单元4中的每一个输出随时间改变的计数值。存储单元4在比较单元3的输出电势反转的定时在其中存储从计数器电路7输出的计数器值作为数字数据。以这种方式，完成了将从读出电路2输出的信号转换成数字数据并且在存储单元4中存储转换的数字数据的A/D转换。
[0029]像素中的每一个中的复位信号和像素信号经受该A/D转换，并且被转换成数字数据。存储于存储单元4中的数字数据响应从水平扫描电路5输出的信号被依次传送到在像素列中的每一个中的信号处理电路8。信号处理电路8执行信号处理以获取与复位信号对应的数字数据和与像素信号对应的数字数据之间的差值。由此，实现数字CDS (数字相关双采样)。
[0030]图2A示出根据本发明的第一实施例的比较单元3的电路配置。比较单元3包含比较器21、FB开关22、TH开关23、第一输入电容器24和第二输入电容器25。
[0031]比较器21包含非反相输入端子和反相输入端子的两个差分输入端子和一个输出端子。另外，比较器21具有供给电力的正和负供电端子，但在图中省略记载。FB开关22的一端与比较器21的输出端子连接,并且另一端与比较器21的反相输入端子和第一输入电容器24的一端连接。第一输入电容器24的另一端与比较器21的反相输入端子和FB开关22连接，并且另一端与读出电路的输出线13连接。TH开关23和第二输入电容器25被并联连接，并且各端与比较器21的非反相输入端子连接。RAMP布线11与TH开关23和第二输入电容器25的另一端连接。FB开关22的0N(导通状态)操作或OFF(非导通状态)操作由控制信号CFB控制，并且，TH开关23的ON或OFF操作由控制信号CTH控制。顺便说一句，在本实施例的描述中，当控制信号的电势被设定于高时，FB开关22和TH开关23中的任一个应被接通。
[0032]图2B是示出比较器21的电路配置的示图。比较器21包含为P沟道型FET (场效应晶体管)的晶体管143和144以及为N沟道型FET的晶体管145和146。比较器21由使用电流镜电路的差分放大器电路形成。向电路施加电流的电流源140与晶体管143和144的共用源极端子连接。晶体管143和144的栅极端子分别构成比较器21的反相输入端子142和非反相输入端子141。二极管连接的晶体管145的漏极端子和栅极端子与栅极端子是非反相输入端子141的晶体管143的漏极端子连接。晶体管146的漏极端子与栅极端子是反相输入端子142的晶体管144的漏极端子连接，并