光电转换装置和光电转换系统的制作方法

文档序号:10661245
光电转换装置和光电转换系统的制作方法
【专利摘要】本公开涉及光电转换装置和光电转换系统。在光电转换装置中,像素晶体管和差分晶体管形成差分对。箝位电路钳制差分晶体管的栅极电压。输出电路执行基于像素晶体管的栅极处的电压的电压被输出到差分晶体管的栅极的第一操作。输出电路还执行响应于接收来自差分晶体管的电流,基于像素晶体管的栅极电压与差分晶体管的栅极电压之间的比较结果的信号被输出到输出节点的第二操作。在第二操作中,输出电路中的控制单元控制差分晶体管的漏极电压的变化以使其比输出节点处的电压的变化小。
【专利说明】
光电转换装置和光电转换系统
技术领域
[0001 ]本公开涉及光电转换装置和光电转换系统。
【背景技术】
[0002] 在日本专利公开No.2005-311487(以下,称为PTL 1)中的图2所公开的光电转换装 置中,通过使用像素的像素放大晶体管(图2中的114)和设置在各列中的差分晶体管(图2中 的201)形成差分放大器。基于在光电转换元件中产生的电荷的信号被输入到像素放大晶体 管。具有斜坡波形的参考电压被输入到差分晶体管。通过比较像素放大晶体管的栅极处的 电压与差分晶体管的栅极处的电压的操作,基于在光电转换元件中产生的电荷的信号被转 换成数字信号。

【发明内容】

[0003] 在一个方面中,本公开提供一种光电转换装置,该光电转换装置包括:光电转换元 件;包含被配置为接收基于在光电转换元件中产生的电荷的信号的第一晶体管和被配置为 接收参考信号的第二晶体管的差分对;被配置为钳制第二晶体管的栅极处的电压的箝位电 路;和被配置为执行以下操作的输出电路:将基于第一晶体管的栅极处的电压的电压输出 到第二晶体管的栅极的第一操作;和接收来自第二晶体管的电流并且将基于第一晶体管的 栅极处的电压与第二晶体管的栅极处的电压之间的比较结果的信号输出到输出节点的第 二操作。输出电路包含被配置为在第二操作中控制第二晶体管的漏极处的电压的变化量以 使其比输出节点处的电压的变化量小的控制单元。
[0004] 在另一方面中,本公开提供一种光电转换装置,该光电转换装置包括:光电转换元 件;包含被配置为接收基于在光电转换元件中产生的电荷的信号的第一晶体管和被配置为 接收参考信号的第二晶体管的差分对;被配置为钳制第二晶体管的栅极处的电压的箝位电 路;包含与第二晶体管电连接的第三晶体管和具有与第三晶体管的栅极连接的栅极的第四 晶体管的电流镜电路;和连接第四晶体管的栅极和漏极的第一开关元件。
[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是示出光电转换装置的总体配置的框图。
[0007] 图2是示出根据另一实施例的光电转换装置的总体配置的框图。
[0008] 图3是示出光电转换装置的配置的示图。
[0009] 图4是示意性地示出光电转换装置中的驱动信号的定时图的示图。
[0010] 图5是示出光电转换装置的电路配置的示图。
[0011] 图6是示出光电转换装置的电路配置的示图。
[0012] 图7是示出光电转换装置的电路配置的示图。
[0013] 图8是示出光电转换装置的电路配置的示图。
[0014] 图9是示出光电转换装置的电路配置的示图。
[0015] 图10是示出光电转换装置的电路配置的示图。
[0016] 图11是示出光电转换装置的电路配置的示图。
[0017] 图12是示出光电转换装置的电路配置的示图。
[0018] 图13是示出光电转换装置的电路配置的示图。
[0019] 图14是示出光电转换系统的配置的示图。
【具体实施方式】
[0020] -些实施例可提高从光电转换装置输出的信号的精度。
[0021] 在光电转换装置中,存在可能出现从光电转换装置输出的信号的精度劣化的可能 性。在PTL 1中的图2所公开的光电转换装置中,差分晶体管的漏极用作差分放大器的输出 节点。因此,在比较操作中,当在像素放大晶体管的栅极处的电压与差分晶体管的栅极处的 电压之间的电压关系中出现逆转即电压关系逆转时,差分晶体管的漏极处的电压会明显变 化。更具体而言,差分晶体管的漏极处的电压的变化量接近或者几乎等于地电压与电源电 压(图2中的AVD)之间的差值。差分晶体管的漏极处的电压的变化可通过差分晶体管的栅极 与漏极之间的寄存电容被传送到与供给参考信号的节点连接的差分晶体管的栅极。
[0022]供给参考信号的节点处的电压的变化会导致从光电转换装置输出的信号的精度 劣化。例如,如果参考信号在差分放大器的输出逆转之后沿相反方向变化,那么这会导致该 差分放大器的输出再次逆转。并且,在共用参考信号被供给到多个差分放大器的情况下,由 某个差分放大器的输出的逆转导致的参考信号的变化会导致另一差分放大器的输出逆转。 这会使模数转换精度劣化。即,存在从光电转换装置输出的数字信号的精度降低或者劣化 的可能性。
[0023] 以下参照附图描述本公开的多个方面。以下解释的多个方面共同与第一到第十实 施例有关。图1是示意性地示出根据一个方面的光电转换装置的总体配置的框图。多个像素 100形成像素阵列102。像素阵列102包含多个像素行和多个像素列。垂直扫描电路101控制 多个像素100以从多个像素100读出信号。例如,在逐行的基础上读出来自多个像素100的信 号。
[0024] 比较器电路104比较像素100的信号与参考信号。由参考信号产生电路103产生的 参考信号被输入到比较器电路104。基于由比较器电路104进行的比较的结果的控制信号通 过输出电路105被输出到计数器106。基于比较结果的该控制信号控制计数器106的计数时 段。计数器106向存储器107输出与接收控制信号的定时对应或者指示该定时的计数值。输 出到存储器107的计数值作为指示对来自像素100的信号执行的模数转换(以下,称为ADR 换)的结果的数字信号存储于其中。通过水平扫描电路108从光电转换装置依次输出存储于 存储器107中的数字信号。
[0025] 此外,输出电路105向比较器电路104输出信号,该信号是基于像素 100的信号的反 馈信号。比较器电路104能够保持反馈信号。
[0026] 图2是示出根据另一方面的光电转换装置的总体配置的框图。在图1所示的光电转 换装置的情况下,一个计数器106被设置在各像素列中。图2所示的光电转换装置与图1所示 的光电转换装置的不同在于,共用计数器109被多个像素列共享。更具体而言,通过共用计 数器109输出的计数值被输入到各像素列中的锁存器110。根据从输出电路105输出控制信 号的定时,各像素列的锁存器110锁存从共用计数器输出的计数值。其它操作与图1所示的 光电转换装置的操作类似。
[0027]图3示出光电转换装置的像素100、比较器电路104和输出电路105的配置。为了简 化示图,在图3中仅示出一个像素100。
[0028]像素100包含光电转换元件ro、复位晶体管Ml、传送晶体管M2、像素晶体管M3、以及 选择晶体管M4。驱动信号<pR_陂输入到复位晶体管Ml的栅极,驱动信号φΤ被输入到传送晶 体管M2的栅极,驱动信号(pS被输入到选择晶体管Μ4的栅极。
[0029] 像素晶体管M3的栅极与浮动扩散节点(以下,称为ro)连接。在光电转换元件PD中 产生的电荷通过传送晶体管M2被传送到ro节点。即,基于在光电转换元件ro中产生的电荷 的信号被输入到像素晶体管M3的栅极。换句话说,像素晶体管M3在其栅极处接收基于在光 电转换元件ro中产生的电荷的信号。复位晶体管Ml复位像素晶体管M3的栅极处的电压。注 意,由于像素晶体管M3的栅极与ro节点连接,因此,在本说明书中,像素晶体管M3的栅极也 被称为FD节点。
[0030] 比较器电路104包含差分晶体管M5。参考信号VRMP被输入到差分晶体管M5的栅极。 换句话说,差分晶体管M5在其栅极处接收参考信号。参考信号VRMP例如为电压随时间改变 的斜坡电压信号。像素晶体管M3和差分晶体管M5可与尾电流源IS1连接以形成差分对。在图 3中,可通过例如其栅极被施加特定的偏压电压的匪0S晶体管实现尾(tail)电流源IS1。在 一些实施例中,尾电流源IS1可被省略。像素晶体管M3和差分晶体管M5在导电类型上相同。 在本方面中,像素晶体管M3和差分晶体管M5均是N沟道型M0S晶体管。
[0031 ]比较器电路104包含将差分晶体管M5的栅极处的电压钳制于特定电压的箝位电路 300。箝位电路300包含例如箝位开关元件SW1和箝位电容器元件C1。箝位开关元件SW1与差 分晶体管M5的栅极连接。箝位开关元件SW1由驱动信号ipCLMP控制。当箝位开关元件SW1 被关断时,差分晶体管M5的栅极进入到电气浮动状态。这使得能够将差分晶体管M5的栅极 处的电压钳制于特定电压。箝位电容器元件C1的一个电极与差分晶体管M5的栅极连接。参 考信号VRMP被输入到箝位电容器元件C1的另一电极。在该配置中,参考信号VRMP的AC成分 通过箝位电容器元件C1被输入到差分晶体管M5的栅极。
[0032] 对包含于一个像素列中的多个像素100设置图3所示的一个比较器电路104,虽然 在图3中没有示出这多个像素。更具体而言,多个像素100的选择晶体管M4的源极一起与尾 电流源IS1连接。并且,多个像素100的像素晶体管的漏极被一起连接。一个差分晶体管M5与 包含于一个像素列中的多个像素1〇〇的各像素晶体管M3-起形成差分对。换句话说,包含于 多个像素100中的每一个中的各像素晶体管M3和差分晶体管M5形成差分对。用于捕获图像 的光电转换装置即图像拾取装置包括比较器电路104和多组像素列。
[0033]具有输出节点310的输出电路105与差分晶体管M5电连接。输出节点310是与像素 晶体管M3的源极和漏极以及差分晶体管M5的源极和漏极中的任一个不同的节点。
[0034]输出电路105执行第一操作,在第一操作中,基于像素晶体管M3的栅极处的电压的 电压被输出到差分晶体管M5的栅极。输出电路105还执行第二操作,在第二操作中,输出电 路105从差分晶体管M5接收电流并且向输出节点310输出基于像素晶体管M3的栅极处的电 压与差分晶体管M5的栅极处的电压之间的比较的结果的信号。在另一方面中,第二操作中 的输出电路105在从差分晶体管M5接收电流的同时向输出节点310输出基于像素晶体管M3 的栅极处的电压与差分晶体管M5的栅极处的电压之间的比较的结果的信号。在又一不同方 面中,第二操作中的输出电路105响应于从差分晶体管M5接收电流而向输出节点310输出基 于像素晶体管M3的栅极处的电压与差分晶体管M5的栅极处的电压之间的比较的结果的信 号。在图3中,"反馈信号"表示基于像素晶体管M3的栅极处的电压的电压,"控制信号"表示 基于比较结果的信号。
[0035]在第一操作中,输出电路105可作为向差分晶体管M5供给电流的电流源操作。在这 种情况下,输出电路105用作通过像素晶体管M3和差分晶体管M5形成的运算放大器的负载。 因此,当差分晶体管M5的栅极和漏极被一起短路时,输出电路105向差分晶体管M5的栅极输 出基于像素晶体管M3的栅极处的电压的电压。
[0036]通过关断箝位开关元件SW1,箝位电路300保持输出到差分晶体管M5的栅极的电 压。即,箝位电路300将差分晶体管M5的栅极处的电压钳制于基于像素晶体管M3的栅极处的 电压的电压。基于像素晶体管M3的栅极处的电压的电压包含例如基本上等于像素晶体管M3 的栅极处的电压的电压。由于存在晶体管特性的差异、温度差异和热噪声等,上述的两个电 压可能不确切相等。
[0037]在第二操作中,输出电路105可作为检测差分晶体管M5的电流的电流检测电路操 作。电流检测电路向与差分晶体管M5的漏极不同的输出节点310输出差分晶体管M5的电流 的变化作为另一信号。通过使用该功能,输出电路105向输出节点310输出基于像素晶体管 M3的栅极处的电压与差分晶体管M5的栅极处的电压之间的比较的结果的信号。
[0038]例如,在差分晶体管M5的栅极处的电压比像素晶体管M3的栅极处的电压高的情况 下,输出电路105向输出节点310输出第一电压。另一方面,在差分晶体管M5的栅极处的电压 比像素晶体管M3的栅极处的电压低的情况下,输出电路105向输出节点310输出与第一电压 不同的第二电压。
[0039] 在以上给出的描述中,与尾电流源IS1连接的布线的寄生电阻被忽略。布线的寄生 电阻可导致通过像素晶体管M3和差分晶体管M5形成的运算放大器的偏移。
[0040] 输出电路105包含控制单元,该控制单元在上述的第二操作中控制差分晶体管M5 的漏极处的电压的变化,以使其比输出节点310处的电压的变化小。特别地,控制单元在像 素晶体管Μ 3的栅极处的电压的大小与差分晶体管Μ 5的栅极处的电压的大小的相对大小关 系出现逆转时控制差分晶体管Μ5的漏极处的电压的变化以使其比输出节点310处的电压的 变化小。在这种情况下,输出节点310处的电压的变化可被定义为上述的第一电压与第二电 压之间的差值。
[0041] 控制单元可包含电流镜电路。电流镜电路包含至少两个晶体管,该至少两个晶体 管中的每一个具有与这两个晶体管中的另一个的栅极连接的栅极。这两个晶体管中的一个 的漏极与差分晶体管Μ5电连接。
[0042] 控制单元可包含连接这两个晶体管中的另一个的栅极和漏极的开关元件,该另一 个晶体管与具有与差分晶体管Μ5电连接的漏极的那一个晶体管不同。通过使用该开关元 件,能够在上述的第一操作和第二操作之间切换。换句话说,第一操作和第二操作可响应于 开关元件的状态的接通/关断而被切换。
[0043] 如上所述,输出电路105包含减少差分晶体管M5的漏极处的电压的变化的控制单 元。该配置允许减少由于差分晶体管Μ 5的漏极处的电压的变化导致的参考信号的变化。作 为结果,能够提高从光电转换装置输出的信号的精度。
[0044] 接着,在下面描述根据本实施例的光电转换装置的驱动。图4是示意性地示出光电 转换装置中的驱动信号的定时图的示图。图4示出期间从一个像素行读出信号的一个水平 扫描时段(1Η时段)的驱动信号。当驱动信号处于高电平时,被供给该驱动信号的晶体管接 通。当驱动信号处于低电平时,被供给该驱动信号的晶体管关断。高电平的具体电压和低电 平的具体电压根据晶体管的导电类型被确定。
[0045] 在本实施例中,当驱动信号cpCLMP处于高电平时,输出电路105作为电流源操 作。当驱动信号(pCLMP处于低电平时,输出电路105作为电流检测电路操作。
[0046] 首先,驱动信号φΜ:和驱动信号cpCLMP被设定为高电平。作为结果,复位晶体 管Ml和箝位开关元件SW1进入导通状态,即,它们接通。FD节点处的电压被复位到诸如电源 电压VDD(以下称为复位电平)的特定电压。同时,输出电路105向差分晶体管M5的栅极和箝 位电容器元件C1输出基于ro节点处的电压的电压(以下,称为箝位电平)。即,输出电路105 执行基于像素晶体管M3的栅极处的电压的电压被输出到差分晶体管M5的栅极的第一操作。
[0047] 然后,驱动信号cpR和驱动信号tpCLMP依次变为低电平。作为结果,复位电平 由FD节点保持,箝位电平由箝位电容器元件C1保持。通过在关断箝位开关元件SW1之前关断 复位晶体管Ml,在复位晶体管Ml中产生的热噪声在箝位电平中被反映。在紧接在箝位开关 元件SW1关断之后的状态中,ro节点处的电压即像素晶体管M3的栅极处的电压几乎等于差 分晶体管M5的栅极处的电压。
[0048] 随后,参考信号VRMP变为较高的电压。作为结果,差分晶体管M5的栅极处的电压变 得比像素晶体管M3的栅极处的电压高。由于像素晶体管M3和差分晶体管M5形成差分对,因 此尾电流源IS1的电流中的大部分流过差分晶体管M5。
[0049]然后,参考信号VRMP开始斜坡向下。斜坡向下是逐渐减小参考信号VRMP的电压的 操作。在某个定时,像素晶体管M3的栅极处的电压的大小和差分晶体管M5的栅极处的电压 的大小之间的关系出现逆转。在该关系出现逆转之后,尾电流源IS1的电流中的大部分流过 像素晶体管M3,并且差分晶体管M5的电流减小。
[0050]输出电路105检测差分晶体管M5的电流的变化。更具体而言,在出现差分晶体管M5 的电流的减小的定时,输出电路105向输出节点310输出指示电流变化的出现的信号作为控 制信号。换句话说,输出电路105执行基于像素晶体管M3的栅极处的电压与差分晶体管M5的 栅极处的电压之间的比较结果的信号被输出到输出节点310的第二操作。
[0051] 在图1所示的光电转换装置中,控制信号控制计数器106以测量从斜坡向下开始到 出现电压大小关系逆转的时间。在图2所示的光电转换装置中,控制信号控制锁存器110以 测量从斜坡向下开始到出现电压大小关系逆转的时间。在自斜坡向下开始经过预定时段之 后,复位电平的AD转换结束。在图4中,执行复位电平的AD转换的时段由N_AD表示。
[0052] 然后,参考信号VRMP被复位。通过将驱动信号φΤ变为高电平,传送晶体管M2被接 通,并且,在光电转换元件PD中产生的电荷被传送到Π)节点。在本说明书中,电荷从光电转 换元件ro被传送到FD节点之后的状态中的FD节点处的电压被称为光学信号电平。
[0053]在驱动信号φΤ变为低电平之后,参考信号VRMP的斜坡向下开始。随后,以与复位 电平的AD转换类似的方式执行光学信号电平的AD转换。在图4中,执行光学信号电平的ADR 换的时段由S_AD表不。
[0054]虽然这里没有给出详细的描述,但是在光电转换装置中,可通过从由对光学信号 电平进行AD转换获得的代码值减去由对复位电平进行AD转换获得的代码值,执行数字相关 双重采样(⑶S)。
[0055]在本实施例中,输出电路105包含减小差分晶体管M5的漏极处的电压的变化的控 制单元。因此,在上述的操作中,当出现电压关系的逆转时,差分晶体管M5的漏极处的电压 的变化被抑制。因此,能够减少参考信号VRMP的变化。作为结果,能够增加从光电转换装置 输出的数字信号的精度。
[0056]在上述的方面中,差分晶体管M5与像素100中的每一个中的像素晶体管M3-起形 成差分对。但是,在替代性方面中,差分晶体管M5可与不包含于任何像素100中的晶体管一 起形成差分对。例如,从各像素100输出的信号由包含于各像素100中的放大器单元被输出 到共用信号线。然后,共用输出线上的信号被输入到上述的与差分晶体管M5-起形成差分 对的晶体管的栅极。在上述的替代性方面中,同样能够增加从光电转换装置输出的信号的 精度。
[0057]以下描述根据本公开的一些实施例。除非另外描述,否则,上述的方面适用于所有 实施例。注意,实施例的一部分可被另一实施例的一部分替代,或者实施例的一部分可被添 加到另一实施例。
[0058] 第一实施例
[0059] 以下描述根据第一实施例的光电转换装置。第一实施例的特征在于,输出电路105 的控制单元包含电流镜电路。
[0060] 图5示出光电转换装置的像素100、比较器电路104和输出电路105的配置。为了简 化描述,在图5中仅示出一个像素100。功能与图3类似的部分由类似的附图标记表示,并且, 省略其进一步的详细描述。
[0061 ]输出电路105的控制单元包括电流镜电路,该电流镜电路包含P沟道型M0S晶体管 M6和P沟道型M0S晶体管M7。晶体管M6的漏极与差分晶体管M5的漏极电连接。晶体管M6的栅 极和晶体管M7的栅极被连接在一起。
[0062]当输出电路105执行第一操作时,由晶体管M6和M7形成的电流镜电路将晶体管M7 的电流镜像到晶体管M6。当输出电路105执行第二操作时,电流镜电路将晶体管M6的电流镜 像到晶体管M7。
[0063]在本实施例中,在第一操作中,电流镜电路作为从晶体管M6向差分晶体管M5供给 电流的电流源操作。在第二操作中,电流镜电路作为将从差分晶体管M5输入到晶体管M6的 电流镜像到晶体管M7的电流检测电路操作。
[0064]输出电路105的控制单元包含电容器元件C2。电容器元件C2具有与晶体管M6的漏 极电连接的第一端子和与晶体管M6的栅极电连接的第二端子。通过电容器元件C2,晶体管 M6的漏极和栅极相互AC耦合,因此能够将晶体管M6的电流镜像到晶体管M7。
[0065]输出电路105的控制单元包含第一开关元件SW2。第一开关元件SW2连接晶体管M7 的栅极和漏极。通过接通第一开关元件SW2,电流镜电路能够将晶体管M7的电流镜像到晶体 管M6。通过关断第一开关元件SW2,电流镜电路能够将晶体管M6的电流镜像到晶体管M7。即, 第一开关元件SW2在通过输出电路105执行的第一操作和第二操作之间切换。
[0066]注意,电容器元件C2的电容比第一开关元件SW2处于关断状态的状态中的第一开 关元件SW2的两个端部之间的耦合电容大。在M0S晶体管被用作第一开关元件SW2的情况下, 第一开关元件SW2的两个端部是该M0S晶体管的源极和漏极。上述的配置使得能够提高电流 镜电路的操作的稳定性。
[0067] 箝位电路300包括箝位开关元件SW1和箝位电容器元件C1。在本实施例中,箝位开 关元件SW1连接差分晶体管M5的栅极和漏极。箝位开关元件SW1可通过共栅极电路电连接差 分晶体管M5的栅极和漏极。
[0068]可能希望箝位开关元件SW1和第一开关元件SW2在相同的相位中操作。在本实施例 中,通过用共用驱动信号(pCLMP控制箝位开关元件swi和第一开关元件SW2,使得箝位开 关元件SW1和第一开关元件SW2在相同的相位中操作。
[0069] 在本实施例中,输出电路105包含与输出节点310连接的参考电流源IS2。参考电流 源IS2向晶体管M7输出参考电流。输出节点310与逆变器电路连接。
[0070] 在本实施例中,光电转换装置由图4所示的驱动信号驱动。在驱动信号《pCLMIP 处于高电平的时段期间,箝位开关元件SW1和第一开关元件SW2被接通。来自参考电流源IS2 的参考电流通过用晶体管M6和M7形成的电流镜被输出到差分晶体管M5。即,晶体管M6作为 向差分晶体管M5供给电流的电流源操作。
[0071]箝位开关元件SW1连接差分晶体管M5的栅极和漏极。作为结果,像素晶体管M3、差 分晶体管M5和尾电流源IS1作为由晶体管M6提供的电流源用作负载的电压跟随器操作。因 此,Π)节点处的电压被输出到差分晶体管M5的栅极和箝位电容器元件C1。换句话说,输出电 路105执行基于像素晶体管M3的栅极处的电压的电压被输出到差分晶体管M5的栅极的第一 操作。
[0072]当驱动信号(pCLiVIP转到低电平时,箝位开关元件SW1和第一开关元件SW2关断。 然后,输出电路105执行像素晶体管M3的栅极处的电压与差分晶体管M5的栅极处的电压相 比较的第二操作。
[0073]如上所述,晶体管M6的栅极和漏极通过电容器元件C2相互AC耦合。因此,流过差分 晶体管M5的电流从晶体管M6被镜像到晶体管M7。输出节点310处的电压根据来自参考电流 源IS2的参考电流与镜像电流的大小之间的关系而改变。即,信号基于比较结果被输出到输 出节点310。
[0074]这里,描述各种元件的值的例子。例如,形成电流镜电路的晶体管M6和M7具有基本 上相等的尺寸。尾电流源的电流量I_IS1与参考电流源IS2的电流量I_IS2基本上满足关系 I_ISl = 2XI_IS2〇
[0075]在上述的条件中,在第一操作中,具有大致等于尾电流源IS1的电流量I_IS1的一 半的大小的电流流过像素晶体管M3和差分晶体管M5中的每一个,即,基本上等于电流量1_ IS2的电流流过它们中的每一个。在第二操作中,当差分晶体管M5的栅极处的电压比像素晶 体管M3的栅极处的电压高时,尾电流源IS1的电流的大部分流过差分晶体管M5,并且,基本 上没有电流流过像素晶体管M3。因此,具有与尾电流源IS1的大小基本上相同的大小的电流 流过晶体管M7。作为结果,晶体管M7的漏极处的电压即输出节点310处的电压变得几乎等于 电源电压VDD。
[0076]当参考信号斜坡向下时,差分晶体管M5的栅极处的电压变得比像素晶体管M3的栅 极处的电压低。在这种状态下,尾电流源IS1的电流的大部分流过像素晶体管M3,并且,差分 晶体管M5的电流变得基本上等于零。因此,晶体管M7的电流也变得基本上等于零。作为结 果,晶体管M7的漏极处的电压即输出节点310处的电压变得几乎等于地电压。
[0077]如上所述,输出电路105检测差分晶体管M5的电流的变化。在该操作中,晶体管M6 用作电流镜电路的输入。即使出现差分晶体管M5的漏极电流的变化时,在晶体管M6的漏极 处的电压中也不出现明显的变化。换句话说,电流镜电路控制差分晶体管M5的漏极处的电 压的变化,以使其比输出节点处的电压的变化小。因此,能够减小参考信号VRMP的电压的变 化。作为结果,本实施例允许提高从光电转换装置输出的信号的精度。
[0078]在专利文献1所公开的光电转换装置的比较例中,在箝位操作结束之后,PM0S晶体 管203仍作为恒定电流源操作。在这种情况下,差分晶体管201的漏极处的电压作为输出被 读出。因此,当出现电压关系的逆转时,在差分晶体管201的漏极电压中出现大的变化。该电 压变化导致参考信号的电压的变化,作为结果,这会导致图像质量的降低。
[0079]如上所述,本实施例允许提高从光电转换装置输出的信号的精度。
[0080] 第二实施例
[0081 ]以下描述根据第二实施例的光电转换装置。本实施例与第一实施例的不同在于, 输出电路105包含电流源IS3。以下描述与第一实施例的不同,但省略与第一实施例类似的 部分的描述。
[0082]图6示出光电转换装置的像素100、比较器电路104和输出电路105的配置。为了简 化描述,在图6中仅示出一个像素100。功能与图3或图5类似的部分由类似的附图标记表示, 并且,省略其进一步的详细描述。
[0083] 输出电路105包括电流源I S3。电流源I S3与电流镜电路的晶体管M6的漏极连接。电 流源IS3的设置使得能够防止当差分晶体管M5的电流变得基本上等于0时晶体管M6的电流 变为0。这允许改善输出电路105的响应特性。
[0084] 这里,描述各种元件的值的例子。可能希望电流源IS3的电流量I_IS3比尾电流源 IS1的电流量I_IS1和参考电流源IS2的电流量I_IS2小。在形成电流镜电路的晶体管M6和M7 具有几乎相等的尺寸的情况下,可能希望电流量I_IS1、电流量I_IS2和电流量I_IS3基本上 满足关系I_IS1 = 2 X (I_IS2-I_IS3)。
[0085] 如上所述,本实施例允许增大光电转换装置的操作速度。并且,与第一实施例同 样,本实施例允许提高从光电转换装置输出的信号的精度。
[0086] 第三实施例
[0087]以下描述根据第三实施例的光电转换装置。第三实施例与第一和第二实施例的不 同在于,输出电路105的控制单元的电容器元件C2被第二开关元件SW3替代。以下描述与第 一和第二实施例的不同,但省略与第一或第二实施例类似的部分的描述。
[0088]图7示出光电转换装置的像素 100、比较器电路104和输出电路105的配置。为了简 化描述,在图7中仅示出一个像素100。功能与图3、图5或图6类似的部分由类似的附图标记 表示,并且,省略其进一步的详细描述。
[0089] 输出电路105的控制单元包括包含P沟道型M0S晶体管M6和P沟道型M0S晶体管M7的 电流镜电路。晶体管M6的漏极与差分晶体管M5的漏极电连接。晶体管M6的栅极和晶体管M7 的栅极被连接在一起。
[0090] 当输出电路105执行第一操作时,由晶体管M6和M7形成的电流镜电路将晶体管M7 的电流镜像到晶体管M6。当输出电路105执行第二操作时,电流镜电路将晶体管M6的电流镜 像到晶体管M7。
[0091] 在本实施例中,在第一操作中,电流镜电路作为从晶体管M6向差分晶体管M5供给 电流的电流源操作。在第二操作中,电流镜电路作为将从差分晶体管M5输入到晶体管M6的 电流镜像到晶体管M7的电流检测电路操作。
[0092]输出电路105的控制单元包含第一开关元件SW2和第二开关元件SW3。第一开关元 件SW2连接晶体管M7的栅极和漏极。第二开关元件SW3电连接晶体管M6的漏极和栅极。
[0093]在本实施例中,第一开关元件SW2和第二开关元件SW3以排斥的(exclusive)方式 操作。换句话说,当第一开关元件SW2处于导通状态时,第二开关元件SW3关断。另一方面,当 第一开关元件SW2处于关断状态时,第二开关元件SW3接通。更具体而言,第一开关元件SW2 由驱动信号φ€ΧΜΡ控制。第二开关元件SW3由相位与驱动信号cpCLMP相反的驱动信 号cpCLiMPB控制。
[0094]通过接通第一开关元件SW2并关断第二开关元件SW3,电流镜电路能够将晶体管M7 的电流镜像到晶体管M6。通过关断第一开关元件SW2并接通第一开关元件SW2,电流镜电路 能够将晶体管M6的电流镜像到晶体管M7。即,第一开关元件SW2和第二开关元件SW3在通过 输出电路105执行的第一操作和第二操作之间切换。
[0095]因此,与第一实施例同样,本发明允许提高从光电转换装置输出的信号的精度。 [0096] 第四实施例
[0097]以下描述根据第四实施例的光电转换装置。第四实施例与第一到第三实施例的不 同在于,输出电路105包含共源放大器电路。以下描述与第一到第三实施例的不同,但省略 与第一到第三实施例中的任一个的部分类似的部分的描述。
[0098]图8示出光电转换装置的像素100、比较器电路104和输出电路105的配置。为了简 化描述,在图8中仅示出一个像素100。功能与图3和图5~7中的一个类似的部分由类似的附 图标记表示,并且,省略其进一步的详细描述。
[0099] 输出电路105包括包含电流源IS4和N沟道型M0S晶体管MS的共源放大器电路。共源 放大器电路的输入节点通过电容器元件C3与晶体管M7的漏极连接。共源放大器电路的输出 节点用作输出电路105的输出节点310。
[0100] 输出电路105还包括第三开关元件SW4。第三开关元件SW4的设置使得能够在第一 操作中钳制共源放大器电路的输入节点的电压。与箝位开关元件SW1和第一开关元件SW2同 样,第三开关元件SW4由驱动信号(pCLMP控制。在驱动信号cpCJLMP处于高电平的时 段期间,箝位开关元件SW1、第一开关元件SW2和第三开关元件SW4被接通,因此,箝位电容器 元件C1、电容器元件C2和电容器元件C3钳制于它们各自的操作点。
[0101] 在本实施例中,如上所述,输出电路105包括共源放大器电路。这使得能够增加第 二操作中的增益。并且,与第一实施例同样,本实施例允许提高从光电转换装置输出的信号 的精度。
[0102] 第五实施例
[0103] 以下描述根据第五实施例的光电转换装置。第五实施例与第一到第四实施例的不 同在于,输出电路105包含多个电流镜电路。以下描述与第一到第四实施例的不同,但省略 与第一到第四实施例中的任一个的部分类似的部分的描述。
[0104] 图9示出光电转换装置的像素100、比较器电路104和输出电路105的配置。为了简 化描述,在图9中仅示出一个像素100。功能与图3和图5~8中的一个的部分类似的部分由类 似的附图标记表示,并且,省略其进一步的详细描述。
[0105] 输出电路105的控制单元包括包含P沟道型M0S晶体管M8和P沟道型M0S晶体管M9的 第一电流镜电路。晶体管M8的漏极与像素晶体管M3的漏极电连接。晶体管M8的栅极和晶体 管M9的栅极被连接在一起。第一电流镜电路向晶体管M9的用作第一镜像输出节点的漏极输 出像素晶体管M3的电流。
[0106] 输出电路105的控制单元包括包含P沟道型M0S晶体管M6和P沟道型M0S晶体管M7的 第二电流镜电路。晶体管M6的漏极与差分晶体管M5的漏极电连接。晶体管M6的栅极和晶体 管M7的栅极被连接在一起。第二电流镜电路向晶体管M7的用作第二镜像输出节点的漏极输 出差分晶体管M5的电流。
[0107] 输出电路105的控制单元还包括包含N沟道型M0S晶体管M10和N沟道型M0S晶体管 Mil的第三电流镜电路。晶体管M10的漏极与晶体管M7的漏极电连接。晶体管M10的栅极和晶 体管Ml 1的栅极被连接在一起。第三电流镜电路向第一镜像输出节点(晶体管M9的漏极)输 出第二镜像输出节点(晶体管M7的漏极)。
[0108] 连接晶体管M9的漏极和晶体管Μ11的漏极的节点用作输出电路105的输出节点 310。箝位开关元件SW1连接差分晶体管Μ5的栅极与输出节点310。
[0109] 当箝位开关元件SW1接通时,输出节点310处的电压被反馈回到差分晶体管Μ5的栅 极。即,像素晶体管M3和差分晶体管Μ5作为电压跟随器操作。如上所述,输出电路105执行基 于像素晶体管M3的栅极处的电压的电压被输出到差分晶体管Μ5的栅极的第一操作。
[0110]当箝位开关元件SW1关断时,像素晶体管M3的电流和差分晶体管Μ5的电流分别通 过晶体管Μ9和晶体管Mil被输出到输出节点310。像素晶体管M3的电流和差分晶体管Μ5的电 流在输出节点310被比较,并且,代表比较结果的信号被输出到输出节点310。像素晶体管M3 的电流与差分晶体管M5的电流之间的关系由这两个晶体管的栅极处的电压之间的关系确 定。如上所述,输出电路105执行比较像素晶体管M3的栅极处的电压和差分晶体管M5的栅极 处的电压并且输出基于比较结果的信号的第二操作。
[0111]因此,与第一实施例同样,本实施例允许提高从光电转换装置输出的信号的精度。 [0112]第六实施例
[0113] 以下描述根据实施例6的光电转换装置。第六实施例与第一到第五实施例的不同 在于,输出电路105包含电流镜电路和共栅极电路。以下描述与第一到第五实施例的不同, 但省略与第一到第五实施例中的任一个的部分类似的部分的描述。
[0114] 图10示出光电转换装置的像素100、比较器电路104和输出电路105的配置。为了简 化描述,在图10中仅示出一个像素100。功能与图3和图5~9中的一个的部分类似的部分由 类似的附图标记表示,并且,省略其进一步的详细描述。
[0115] 输出电路105的控制单元包括包含P沟道型M0S晶体管M6和P沟道型M0S晶体管M7的 电流镜电路。晶体管M6的漏极与差分晶体管M5的漏极电连接。晶体管M6的栅极和晶体管M7 的栅极被连接在一起。
[0116] 电流镜电路还包括P沟道型M0S晶体管MG1和P沟道型M0S晶体管MG2。晶体管MG1和 晶体管MG2分别与晶体管M6和晶体管M7级联连接。偏压电压Vbs被供给到晶体管MG1的栅极 和晶体管MG2的栅极。作为结果,晶体管MG1和晶体管MG2各自形成共栅极电路。
[0117]当输出电路105执行第一操作时,通过晶体管M6和M7形成的电流镜电路将晶体管 M7的电流镜像到晶体管M6。当输出电路105执行第二操作时,电流镜电路将晶体管M6的电流 镜像到晶体管M7。
[0118]在本实施例中,在第一操作中,电流镜电路作为从晶体管M6向差分晶体管M5供给 电流的电流源操作。在第二操作中,电流镜电路作为将从差分晶体管M5输入到晶体管M6的 电流镜像到晶体管M7的电流检测电路操作。
[0119] 输出电路105的控制单元包含电容器元件C2。电容器元件C2具有第一端子和第二 端子。电容器元件C2的第一端子通过共栅极电路(晶体管MG1)与晶体管M6的漏极电连接。电 容器元件C2的第二端子与晶体管M6的栅极电连接。通过电容器元件C2,晶体管M6的漏极和 栅极相互AC耦合,因此能够将晶体管M6的电流镜像到晶体管M7。
[0120]输出电路105的控制单元包括第一开关元件SW2。第一开关元件SW2通过共栅极电 路(晶体管MG2)电连接晶体管M7的栅极和漏极。通过接通第一开关元件SW2,电流镜电路能 够将晶体管M7的电流镜像到晶体管M6。通过关断第一开关元件SW2,电流镜电路能够将晶体 管M6的电流镜像到晶体管M7。即,第一开关元件SW2在通过输出电路105执行的第一操作和 第二操作之间切换。
[0121] 注意,电容器元件C2的电容比第一开关元件SW2处于关断状态的状态中的第一开 关元件SW2的两个端部之间的耦合电容大。在M0S晶体管被用作第一开关元件SW2的情况下, 第一开关元件SW2的两个端部为该M0S晶体管的源极和漏极。上述的配置使得能够提高电流 镜电路的操作的稳定性。
[0122] 箝位电路300包括箝位开关元件SW1和箝位电容器元件C1。在本实施例中,箝位开 关元件SW1通过共栅极电路(晶体管MG1)电连接差分晶体管M5的栅极和漏极。
[0123] 可能希望箝位开关元件SW1和第一开关元件SW2在相同的相位中操作。在本实施例 中,箝位开关元件SW1和第一开关元件SW2由共用驱动信号<pCLMP控制。
[0124] 在本实施例中,输出电路105包括与输出节点310连接的参考电流源IS2。参考电流 源IS2向晶体管M7输出参考电流。输出节点310与逆变器电路连接。
[0125] 在本实施例中,光电转换装置由图4所示的驱动信号驱动。即,在本实施例中,以与 第一实施例类似的方式执行驱动。
[0126] 描述各种元件的值的例子。例如,形成电流镜电路的晶体管M6和M7具有基本上相 等的尺寸。尾电流源IS1的电流量I_I S1、参考电流源IS2的电流量I_I S2和电流源I S3的电流 量I_IS3基本上满足关系I_IS1 = 2 X (I_IS2-I_IS3)。
[0127] 在上述的条件下,在第一操作中,大小几乎等于尾电流源IS1的电流量I_IS1的一 半的电流穿过像素晶体管M3和差分晶体管M5中的每一个,即,流过这两个晶体管中的每一 个的电流几乎等于电流量(I_IS2-I_IS3)。在第二操作中,当差分晶体管M5的栅极处的电压 比像素晶体管M3的栅极处的电压高时,尾电流源IS1的电流的大部分流过差分晶体管M5,并 且,基本上没有电流流过像素晶体管M3。因此,大小基本上与尾电流源IS1的大小相等的电 流流过晶体管M7。由于IS1 = 2XIS2,因此,晶体管M7的漏极处的电压即输出节点310处的电 压变得几乎等于电源电压VDD。
[0128] 当参考信号斜坡向下时,差分晶体管M5的栅极处的电压变得比像素晶体管M3的栅 极处的电压低。在这种状态下,尾电流源IS1的电流的大部分流过像素晶体管M3,并且,差分 晶体管M5的电流变得基本上等于零。因此,晶体管M7的电流也变得基本上等于零。作为结 果,晶体管M7的漏极处的电压即输出节点310处的电压变得几乎等于地电压。
[0129] 如上所述,输出电路105检测差分晶体管M5的电流的变化。在该操作中,晶体管M6 用作电流镜电路的输入。即使在差分晶体管M5的漏极电流中出现变化,在晶体管M6的漏极 处的电压上也不出现明显的变化。换句话说,电流镜电路控制差分晶体管M5的漏极处的电 压的变化,以使其比输出节点处的电压的变化小。因此,能够减小参考信号VRMP的电压的变 化。作为结果,本实施例允许提高从光电转换装置输出的信号的精度。
[0130]在本实施例中,形成电流镜电路的晶体管M6和晶体管M7各自与共栅极电路级联连 接。这使得能够比第一实施例更有效地减小差分晶体管M5的漏极处的电压的变化。
[0131] 第七实施例
[0132] 以下描述根据实施例7的光电转换装置。第七实施例与第六实施例的不同在于,输 出电路105的控制单元的电容器元件C2被第二开关元件SW3替代。以下描述与第六实施例的 不同,但省略与第六实施例中的部分类似的部分的描述。注意,在本实施例中,第二开关元 件SW3以与根据第三实施例的第二开关元件SW3类似的方式起作用。
[0133] 图11示出光电转换装置的像素100、比较器电路104和输出电路105的配置。为了简 化描述,在图11中仅示出一个像素1 〇〇。功能与图7或图10中的部分类似的部分由类似的附 图标记表示,并且,省略其进一步的详细描述。
[0134] 输出电路105的控制单元包括包含P沟道型M0S晶体管M6和P沟道型M0S晶体管M7的 电流镜电路。晶体管M6的漏极与差分晶体管M5的漏极电连接。晶体管M6的栅极和晶体管M7 的栅极被连接在一起。
[0135] 电流镜电路还包括P沟道型M0S晶体管MG1和P沟道型M0S晶体管MG2。晶体管MG1和 晶体管MG2分别与晶体管M6和晶体管M7级联连接。偏压电压Vbs被供给到晶体管MG1的栅极 和晶体管MG2的栅极。作为结果,晶体管MG1和晶体管MG2各自形成共栅极电路。
[0136] 输出电路105的控制单元包含第一开关元件SW2和第二开关元件SW3。第一开关元 件SW2通过共栅极电路(晶体管MG2)电连接晶体管M7的栅极和漏极。第二开关元件SW3通过 共栅极电路(晶体管MG1)电连接晶体管M6的栅极和漏极。
[0137] 在本实施例中,第一开关元件SW2和第二开关元件SW3以排外的方式操作。换句话 说,当第一开关元件SW2处于导通状态时,第二开关元件SW3关断。另一方面,当第一开关元 件SW2处于关断状态时,第二开关元件SW3接通。更具体而言,第一开关元件SW2由驱动信号 cpCLMP控制。第二开关元件SW3由相位与驱动信号(pCLMP相反的驱动信号 (pCLMPB 控制。
[0138] 通过接通第一开关元件SW2并关断第二开关元件SW3,电流镜电路能够将晶体管M7 的电流镜像到晶体管M6。通过关断第一开关元件SW2并接通第二开关元件SW3,电流镜电路 能够将晶体管M6的电流镜像到晶体管M7。即,第一开关元件SW2和第二开关元件SW3在通过 输出电路105执行的第一操作和第二操作之间切换。
[0139] 因此,与第六实施例同样,本实施例允许提高从光电转换装置输出的信号的精度。
[0140] 第八实施例
[0141] 以下描述根据实施例8的光电转换装置。第八实施例与第一到第七实施例的不同 在于,输出电路105包含电流镜电路和负载晶体管。以下描述与第一到第七实施例的不同, 但省略与第一到第七实施例中的任一个的部分类似的部分的描述。
[0142] 图12示出光电转换装置的像素 100、比较器电路104和输出电路105的配置。为了简 化描述,在图12中仅示出一个像素100。功能与图3和图5~11中的一个的部分类似的部分由 类似的附图标记表示,并且,省略其进一步的详细描述。
[0143] 输出电路105的控制单元包括包含N沟道型M0S晶体管M6和N沟道型M0S晶体管M7的 电流镜电路。晶体管M6的漏极通过共栅极电路(晶体管MG1)与差分晶体管M5的漏极电连接。 晶体管M6的栅极和晶体管M7的栅极被连接在一起。
[0144] 当输出电路105执行第一操作时,通过晶体管M6和M7形成的电流镜电路将晶体管 M7的电流镜像到晶体管M6。当输出电路105执行第二操作时,电流镜电路将晶体管M6的电流 镜像到晶体管M7。
[0145] 输出电路105的控制单元包含P沟道型负载晶体管ML1和ML2。负载晶体管ML1的漏 极与差分晶体管M5的漏极电连接。负载晶体管ML1的栅极和负载晶体管ML2的栅极被连接在 一起,并且,偏压电压Vbsl被供给到共同连接的栅极。负载晶体管ML1和ML2分别作为电流源 操作。
[0146] 在本实施例中,进行差分晶体管M5和晶体管M6的连接以互补地接收来自负载晶体 管ML1的电流。换句话说,差分晶体管M5和晶体管M6被并联设置在负载晶体管的漏极与地节 点之间的电气路径中。在该配置中,差分晶体管M5的电流和晶体管M6的电流的和几乎等于 负载晶体管ML1的电流。
[0147] 在本实施例中,在第一操作中,负载晶体管ML1作为向差分晶体管M5供给电流的电 流源操作。在第二操作中,电流镜电路作为将从负载晶体管ML1输入到晶体管M6的电流镜像 到晶体管M7的电流检测电路操作。
[0148] 输出电路105的控制单元包含电容器元件C2。电容器元件C2具有第一端子和第二 端子。电容器元件C2的第一端子与晶体管M6的漏极电连接。电容器元件C2的第二端子与晶 体管M6的栅极电连接。通过电容器元件C2,晶体管M6的漏极和栅极相互AC耦合,因此能够将 晶体管M6的电流镜像到晶体管M7。
[0149] 输出电路105的控制单元包含第一开关元件SW2。第一开关元件SW2电连接晶体管 M7的栅极和漏极。通过接通第一开关元件SW2,电流镜电路能够将晶体管M7的电流镜像到晶 体管M6。通过关断第一开关元件SW2,电流镜电路能够将晶体管M6的电流镜像到晶体管M7。 即,第一开关元件SW2在通过输出电路105执行的第一操作和第二操作之间切换。
[0150] 箝位电路300包含箝位开关元件SW1和箝位电容器元件C1。在本实施例中,箝位开 关元件SW1通过共栅极电路(晶体管MG1)电连接差分晶体管M5的栅极和漏极。
[0151] 在本实施例中,光电转换装置由图4所示的驱动信号驱动。即,在本实施例中,以与 第一实施例类似的方式执行驱动。
[0152] 描述各种元件的值的例子。例如,形成电流镜电路的晶体管M6和M7具有基本上相 等的尺寸。尾电流源IS1的电流量I_IS1、负载晶体管ML1的电流量I_ML1和负载晶体管ML2的 电流量I_ML2基本上满足关系I_IS1 = I_ML1 = 2 X I_ML2。
[0153] 在上述的条件下,在第一操作中,大小几乎等于尾电流源IS1的电流量I_IS1的一 半的电流流过像素晶体管M3和差分晶体管M5中的每一个,即,基本上等于电流量I_ML2的电 流流过它们中的每一个。在第二操作中,当差分晶体管M5的栅极处的电压比像素晶体管M3 的栅极处的电压高时,尾电流源IS1的电流的大部分流过差分晶体管M5,并且,基本上没有 电流流过像素晶体管M3。等于负载晶体管ML 1的电流与尾电流源IS1的电流之间的差值的电 流流过晶体管M6。但是,由于I_IS1 = I_ML1,因此,晶体管M6的电流几乎等于0。
[0154]因此,基本上没有电流流过晶体管M7。作为结果,晶体管M7的漏极处的电压即输出 节点310处的电压变得几乎等于电源电压VDD。
[0155] 当参考信号斜坡向下时,差分晶体管M5的栅极处的电压变得比像素晶体管M3的栅 极处的电压低。在这种状态下,尾电流源IS1的电流的大部分流过像素晶体管M3,并且,差分 晶体管M5的电流变得基本上等于零。关于晶体管M7,几乎等于负载晶体管ML1的电流的电流 流过其中。由于I_ML1 = 2XI_ML2,因此,输出节点310处的电压变得几乎等于地电压。
[0156] 如上所述,输出电路105检测差分晶体管M5的电流的变化。即使在差分晶体管M5的 漏极电流中出现变化,在晶体管M6的漏极处的电压中也不出现明显的变化。换句话说,输出 电路105的控制单元控制差分晶体管M5的漏极处的电压的变化,以使得其比输出节点处的 电压的变化小。因此,能够减小参考信号VRMP的电压的变化。作为结果,本实施例允许提高 从光电转换装置输出的信号的精度。
[0157] 第九实施例
[0158] 以下描述根据实施例9的光电转换装置。第九实施例与第八实施例的不同在于,输 出电路105的控制单元的电容器元件C2由第二开关元件SW3替代。以下描述与第六实施例的 不同,但是省略与第八实施例的部分类似的部分的描述。注意,在本实施例中,第二开关元 件SW3以与根据第三实施例的第二开关元件SW3和根据第七实施例的第二开关元件SW3类似 的方式起作用。
[0159] 图13示出光电转换装置的像素100、比较器电路104和输出电路105的配置。为了简 化解释,在图13中仅示出一个像素100。功能与图3或图5~12类似的部分由类似的附图标记 表不,并且省略它们的进一步的描述。
[0160]如图13所示,输出电路105的控制单元包括第一开关元件SW2和第二开关元件SW3。 第一开关元件SW2连接晶体管M7的栅极和漏极。第二开关元件SW3电连接晶体管M6的漏极和 栅极。
[0161]因此,与第八实施例同样,本发明允许提高从光电转换装置输出的信号的精度。
[0162] 第十实施例
[0163] 图14是示出光电转换系统的配置的示图。例如,光电转换系统800包括光学单元 810、图像传感器1、图像信号处理单元830、存储/通信单元840、定时控制单元850、系统控制 单元860和回放/显示单元870。图像拾取装置820包括图像传感器1和图像信号处理单元 830。关于图像传感器1,使用以上在实施例中描述的光电转换装置。
[0164] 作为诸如透镜等的光学系统的光学单元810将来自被照体的光聚焦于图像传感器 1中的包含多个像素的二维阵列的像素阵列102上,以形成被照体的图像。图像传感器1响应 于来自定时控制单元850的信号而输出与聚焦于像素阵列102上的光对应的信号。从图像传 感器1输出的信号被输入到用作图像信号处理单元的图像信号处理单元830,该图像信号处 理单元830通过使用程序等根据预定方法执行信号处理。通过由图像信号处理单元830执行 的处理获得的信号作为图像数据被传送到存储/通信单元840。存储/通信单元840将用于形 成图像的信号传送到回放/显示单元870,以由此使得回放/显示单元870播放和显示运动图 像或静止图像。存储/通信单元840还从图像信号处理单元830接收信号并且与系统控制单 元860通信。另外,存储/通信单元840还执行用于在未示出的存储介质上存储用于形成图像 的信号的操作。
[0165] 系统控制单元860总体上控制图像拾取系统的操作并且控制光学单元810、定时控 制单元850、存储/通信单元840和回放/显示单元870的驱动。系统控制单元860包括例如未 示出的存储装置,该存储装置用作存储控制图像拾取系统的操作所需要的程序等的存储介 质。系统控制单元860还例如响应于由用户执行的操作向图像拾取系统的内部供给用于切 换驱动模式的信号。具体例子包括改变读出的行或复位的行、改变电子变焦中的场角、以及 偏移电子图像稳定化中的场角等。定时控制单元850在系统控制单元860的控制下控制驱动 图像传感器1和图像信号处理单元830的定时。
[0166] 虽然已参照示例性实施例描述了本发明,但应理解,本发明不限于公开的示例性 实施例。所附权利要求的范围应被赋予最宽的解释以包含所有这样的变更方式以及等同的 结构和功能。
【主权项】
1. 一种光电转换装置,其特征在于,包括: 光电转换元件; 包含被配置为接收基于在光电转换元件中产生的电荷的信号的第一晶体管和被配置 为接收参考信号的第二晶体管的差分对; 被配置为钳制第二晶体管的栅极处的电压的箝位电路;和 被配置为执行以下操作的输出电路: 将基于第一晶体管的栅极处的电压的电压输出到第二晶体管的栅极的第一操作;和 接收来自第二晶体管的电流并且将基于第一晶体管的栅极处的电压与第二晶体管的 栅极处的电压之间的比较结果的信号输出到输出节点的第二操作, 其中,输出电路包含被配置为在第二操作中控制第二晶体管的漏极处的电压的变化量 以使其比所述输出节点处的电压的变化量小的控制单元。2. 根据权利要求1所述的光电转换装置,其中, 控制单元包括电流镜电路,所述电流镜电路包含与第二晶体管的漏极电连接的第三晶 体管和具有与第三晶体管的栅极连接的栅极的第四晶体管, 在所述第一操作中,电流镜电路将第四晶体管的电流镜像到第三晶体管,以及 在所述第二操作中,电流镜电路将第三晶体管的电流镜像到第四晶体管。3. 根据权利要求2所述的光电转换装置,其中, 控制单元包含连接第四晶体管的栅极和漏极的第一开关元件, 响应于第一开关元件的接通,电流镜电路将第四晶体管的电流镜像到第三晶体管,以 及 响应于第一开关元件的关断,电流镜电路将第三晶体管的电流镜像到第四晶体管。4. 根据权利要求3所述的光电转换装置,其中,控制单元包含电容器元件,所述电容器 元件具有与第三晶体管的漏极电连接的第一端子和与第三晶体管的栅极电连接的第二端 子。5. 根据权利要求4所述的光电转换装置,其中,所述电容器元件的第一端子通过共栅极 电路与第三晶体管的漏极电连接。6. 根据权利要求4所述的光电转换装置,其中,所述电容器元件的电容比关断状态中的 第一开关元件的两个端子之间的耦合电容器的电容大。7. 根据权利要求3所述的光电转换装置,其中,控制单元包含电连接第三晶体管的漏极 与栅极的第二开关元件。8. 根据权利要求7所述的光电转换装置,其中,第二开关元件通过共栅极电路与第三晶 体管的漏极电连接。9. 根据权利要求7所述的光电转换装置,其中,第一开关元件和第二开关元件以互补的 方式操作。10. 根据权利要求3所述的光电转换装置,其中, 箝位电路包含与第二晶体管的栅极连接的箝位开关元件,以及 箝位开关元件和第一开关元件在同步相位中操作。11. 根据权利要求2所述的光电转换装置,其中, 在第一操作中,电流镜电路作为向第二晶体管供给由第三晶体管提供的电流的电流源 进行操作,以及 在第二操作中,电流镜电路作为将从第二晶体管输入到第三晶体管的电流镜像到第四 晶体管的电流检测电路进行操作。12. 根据权利要求2所述的光电转换装置,其中, 控制单元包含与第二晶体管的漏极电连接的负载晶体管, 第二晶体管和第三晶体管被连接以互补地从负载晶体管接收电流, 在第一操作中,负载晶体管作为向第二晶体管供给电流的电流源进行操作,以及 在第二操作中,电流镜电路作为将从负载晶体管输入到第三晶体管的电流镜像到第四 晶体管的电流检测电路进行操作。13. 根据权利要求12所述的光电转换装置,其中,控制单元包含设置在负载晶体管与第 三晶体管之间的电气路径中的共栅极电路。14. 根据权利要求1所述的光电转换装置,其中, 所述控制单元包含: 与第一晶体管的漏极电连接并且被配置为通过镜像来自第一晶体管的电流而向第一 镜像输出节点输出电流的第一电流镜电路;和 与第二晶体管的漏极电连接并且被配置为通过镜像来自第二晶体管的电流而向第二 镜像输出节点输出电流的第二电流镜电路,以及 所述箝位电路包含连接第二晶体管的栅极和输出电路的输出节点的箝位开关元件。15. 根据权利要求14所述的光电转换装置,其中,所述控制单元包含被配置为镜像来自 第一镜像输出节点和第二镜像输出节点中的一个的电流并且向第一镜像输出节点和第二 镜像输出节点中的另一个输出镜像的电流的第三电流镜电路。16. 根据权利要求1所述的光电转换装置,其中,箝位电路包含: 与第二晶体管的栅极连接的箝位开关元件;和 具有与第二晶体管的栅极连接的第一端子和被配置为接收参考信号的第二端子的箝 位电容器元件。17. 根据权利要求16所述的光电转换装置,其中,箝位开关元件连接第二晶体管的栅极 与漏极。18. 根据权利要求16所述的光电转换装置,其中,箝位开关元件通过共栅极电路电连接 第二晶体管的栅极与漏极。19. 根据权利要求1所述的光电转换装置,其中,控制单元控制响应于第一晶体管的栅 极处的电压与第二晶体管的栅极处的电压之间的关系的逆转而出现的第二晶体管的漏极 处的电压的变化量,以使其比响应于该逆转而出现的所述输出节点处的电压的变化量小。20. 根据权利要求1所述的光电转换装置,包括与所述输出节点连接并且被配置为输出 参考电流的参考电流源。21. 根据权利要求1所述的光电转换装置,包括与所述输出节点连接的逆变器电路。22. 根据权利要求1所述的光电转换装置,其中,所述差分对包含与第一晶体管和第二 晶体管电连接的尾电流源。23. 根据权利要求1所述的光电转换装置,还包括多个像素,每个像素包含光电转换元 件和第一晶体管, 其中,包含于所述多个像素中的每一个中的第一晶体管和第二晶体管形成差分对。24. 根据权利要求23所述的光电转换装置,还包括多个像素列,每个像素列包含所述多 个像素和被设置以供所述多个像素共用的多个第二晶体管中的一个。25. 根据权利要求1所述的光电转换装置,其中,所述输出节点是与第一晶体管的源极 和漏极以及第二晶体管的源极和漏极中的任一个不同的节点。26. 根据权利要求1所述的光电转换装置,还包括与第二晶体管的漏极电连接的电流 源。27. 根据权利要求1所述的光电转换装置,其中,所述输出电路包含被配置为向所述输 出节点输出信号的共源放大器电路。28. -种光电转换装置,其特征在于,包括: 光电转换元件; 包含被配置为接收基于在光电转换元件中产生的电荷的信号的第一晶体管和被配置 为接收参考信号的第二晶体管的差分对; 被配置为钳制第二晶体管的栅极处的电压的箝位电路; 包含与第二晶体管电连接的第三晶体管和具有与第三晶体管的栅极连接的栅极的第 四晶体管的电流镜电路;和 连接第四晶体管的栅极和漏极的第一开关元件。29. 根据权利要求28所述的光电转换装置,还包括电容器元件,所述电容器元件具有与 第三晶体管的漏极电连接的第一端子和与第三晶体管的栅极电连接的第二端子。30. 根据权利要求28所述的光电转换装置,还包括电连接第三晶体管的漏极和栅极的 第二开关元件。31. 根据权利要求28所述的光电转换装置,其中,箝位电路包含电连接第二晶体管的栅 极和漏极的箝位开关元件。32. 根据权利要求28所述的光电转换装置,其中,箝位电路包含箝位开关元件和共栅极 电路,所述箝位开关元件和共栅极电路均设置在第二晶体管的漏极和栅极之间的电气路径 中。33. -种光电转换系统,其特征在于,包括: 根据权利要求1所述的光电转换装置;和 处理来自光电转换装置的信号的信号处理装置。34. -种光电转换系统,其特征在于,包括: 根据权利要求28所述的光电转换装置;和 处理来自光电转换装置的信号的信号处理装置。
【文档编号】H04N5/369GK106027923SQ201610190378
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年3月30日
【发明人】吉田大介
【申请人】佳能株式会社
再多了解一些
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1